Реките во природата имаат одреден наклон. Водата тече по речното корито под дејство на гравитацијата. Водата на големи надморски височини содржи изобилство на потенцијална енергија. Со помош на хидраулични конструкции и електромеханичка опрема, енергијата на водата може да се претвори во електрична енергија, односно во производство на хидроенергија. Принципот на производство на хидроенергија е нашата електромагнетна индукција, односно кога спроводник ги сече линиите на магнетниот флукс во магнетно поле, тој ќе генерира струја. Меѓу нив, „движењето“ на спроводникот во магнетното поле се постигнува со протокот на вода што влијае на турбината за да ја претвори енергијата на водата во ротациона механичка енергија; а магнетното поле речиси секогаш се формира од струјата на побудување генерирана од системот за побудување што тече низ намотката на роторот на генераторот, односно магнетизмот се генерира од електрична енергија.
1. Што е систем за возбудување? За да се реализира конверзијата на енергија, на синхрониот генератор му е потребно еднонасочно магнетно поле, а еднонасочната струја што го генерира ова магнетно поле се нарекува струја на возбудување на генераторот. Општо земено, процесот на формирање на магнетно поле во роторот на генераторот според принципот на електромагнетна индукција се нарекува возбудување. Системот за возбудување се однесува на опремата што обезбедува струја на возбудување за синхрониот генератор. Тој е важен дел од синхрониот генератор. Генерално се состои од два главни дела: единица за напојување на возбудување и регулатор на возбудување. Единицата за напојување на возбудување обезбедува струја на возбудување до роторот на синхрониот генератор, а регулаторот на возбудување го контролира излезот на единицата за напојување на возбудување според влезниот сигнал и дадените критериуми за регулација.
2. Функција на побудниот систем Системот за побудување ги има следните главни функции: (1) Под нормални работни услови, тој ја снабдува побудната струја на генераторот и ја прилагодува побудната струја според дадениот закон според напонот на терминалот на генераторот и условите на оптоварување за да се одржи стабилноста на напонот. Зошто стабилноста на напонот може да се одржи со прилагодување на побудната струја? Постои приближна врска помеѓу индуцираниот потенцијал (т.е. потенцијалот без оптоварување) Ed на намотката на статорот на генераторот, напонот на терминалот Ug, реактивната струја на оптоварување Ir на генераторот и надолжната синхрона реактанса Xd:
Индуцираниот потенцијал Ed е пропорционален на магнетниот флукс, а магнетниот флукс зависи од големината на струјата на побудување. Кога струјата на побудување останува непроменета, магнетниот флукс и индуцираниот потенцијал Ed остануваат непроменети. Од горенаведената формула, може да се види дека напонот на терминалот на генераторот ќе се намали со зголемувањето на реактивната струја. Меѓутоа, за да се задоволат барањата на корисникот за квалитет на енергија, напонот на терминалот на генераторот треба да остане во основа непроменет. Очигледно, начинот да се постигне ова барање е да се прилагоди струјата на побудување на генераторот како што се менува реактивната струја Ir (т.е. се менува оптоварувањето). (2) Според условите на оптоварување, струјата на побудување се прилагодува според дадено правило за прилагодување на реактивната моќност. Зошто е потребно да се прилагоди реактивната моќност? Многу електрична опрема работи врз основа на принципот на електромагнетна индукција, како што се трансформаторите, моторите, апаратите за заварување итн. Сите тие се потпираат на воспоставување на наизменично магнетно поле за конвертирање и пренос на енергија. Електричната енергија потребна за воспоставување на наизменично магнетно поле и индуциран магнетен флукс се нарекува реактивна моќност. Целата електрична опрема со електромагнетни намотки троши реактивна моќност за да воспостави магнетно поле. Без реактивна моќност, моторот нема да ротира, трансформаторот нема да може да трансформира напон, а многу електрична опрема нема да работи. Затоа, реактивната моќност во никој случај не е бескорисна моќност. Под нормални околности, електричната опрема не само што добива активна моќност од генераторот, туку треба да добие и реактивна моќност од генераторот. Ако реактивната моќност во електричната мрежа е во недостиг, електричната опрема нема да има доволно реактивна моќност за да воспостави нормално електромагнетно поле. Тогаш оваа електрична опрема не може да ја одржи номиналната работа, а напонот на терминалот на електричната опрема ќе се намали, со што ќе се влијае на нормалното работење на електричната опрема. Затоа, потребно е да се прилагоди реактивната моќност според вистинското оптоварување, а излезната реактивна моќност од генераторот е поврзана со големината на струјата на побудување. Специфичниот принцип нема да биде елабориран овде. (3) Кога ќе се случи несреќа со краток спој во енергетскиот систем или други причини предизвикуваат сериозно намалување на напонот на терминалот на генераторот, генераторот може да се возбуди насилно за да се подобри границата на динамичката стабилност на енергетскиот систем и точноста на дејството на релејната заштита. (4) Кога се јавува пренапон на генераторот поради ненадејно намалување на оптоварувањето и други причини, генераторот може присилно да се демагнетизира за да се ограничи прекумерното зголемување на напонот на терминалот на генераторот. (5) Подобрување на статичката стабилност на енергетскиот систем. (6) Кога се јавува фазен краток спој во внатрешноста на генераторот и на неговите водови или напонот на терминалот на генераторот е превисок, демагнетизацијата се извршува брзо за да се ограничи ширењето на несреќата. (7) Реактивната моќност на паралелните генератори може разумно да се распредели.
3. Класификација на побудувачки системи Според начинот на кој генераторот ја добива побудната струја (т.е. методот на напојување на напојувањето со побудување), системот за побудување може да се подели на надворешно побудување и самопобудување: струјата за побудување добиена од други напојувања се нарекува надворешно побудување; струјата за побудување добиена од самиот генератор се нарекува самопобудување. Според методот на исправување, може да се подели на ротационо побудување и статичко побудување. Статичниот систем за побудување нема посебна машина за побудување. Ако ја добива побудната моќност од самиот генератор, се нарекува самопобудувачко статичко побудување. Самопобудувачкото статичко побудување може да се подели на самопаралелно побудување и самокомпојувачко побудување.
Најчесто користениот метод на возбудување е самопаралелно возбудување со статичко возбудување, како што е прикажано на сликата подолу. Тој ја добива моќноста на возбудување преку исправувачкиот трансформатор поврзан со излезот на генераторот и ја снабдува струјата на возбудување на генераторот по исправувањето.
Шема на поврзување на самопаралелен систем за возбудување со статички исправувач
Самопаралелниот систем за статичко возбудување со возбудување главно се состои од следниве делови: трансформатор за возбудување, исправувач, уред за демагнетизација, регулационен контролер и уред за заштита од пренапон. Овие пет делови соодветно ги извршуваат следниве функции:
(1) Трансформатор за возбуда: Намалете го напонот на крајот од машината до напон што одговара на исправувачот.
(2) Исправувач: Тој е основната компонента на целиот систем. Трифазно целосно контролирано мостно коло често се користи за завршување на задачата за конверзија од AC во DC.
(3) Уред за демагнетизација: Уредот за демагнетизација се состои од два дела, имено прекинувач за демагнетизација и отпорник за демагнетизација. Овој уред е одговорен за брза демагнетизација на единицата во случај на несреќа.
(4) Контролер за регулација: Контролниот уред на системот за возбудување ја менува струјата на возбудување со контролирање на аголот на спроводливост на тиристорот на исправувачкиот уред за да се постигне ефектот на регулирање на реактивната моќност и напонот на генераторот.
(5) Заштита од пренапон: Кога колото на роторот на генераторот има пренапон, колото се вклучува за да ја потроши енергијата на пренапонот, да ја ограничи вредноста на пренапонот и да ја заштити намотката на роторот на генераторот и неговата поврзана опрема.
Предностите на самопаралелниот систем за статичко возбудување со возбудување се: едноставна структура, помалку опрема, ниски инвестиции и помалку одржување. Недостаток е што кога генераторот или системот е краток спој, струјата на возбудување ќе исчезне или значително ќе се намали, додека струјата на возбудување треба значително да се зголеми (т.е. принудно возбудување) во овој момент. Сепак, со оглед на тоа што современите големи единици најчесто користат затворени шини, а високонапонските електрични мрежи генерално се опремени со брза заштита и висока сигурност, бројот на единици што го користат овој метод на возбудување се зголемува, а ова е и методот на возбудување препорачан со прописите и спецификациите. 4. Електрично сопирање на единицата Кога единицата е истоварена и исклучена, дел од механичката енергија се складира поради огромната ротациона инерција на роторот. Овој дел од енергијата може целосно да се запре само откако ќе се претвори во топлинска енергија од триење на потисното лежиште, водилското лежиште и воздухот. Бидејќи загубата на воздух од триење е пропорционална на квадратот на линеарната брзина на обемот, брзината на роторот на почетокот паѓа многу брзо, а потоа ќе работи во мирување долго време со мала брзина. Кога единицата работи долго време со мала брзина, потисната чаура може да изгори бидејќи маслениот филм помеѓу огледалната плоча под потисната глава и чаурата на лежиштето не може да се воспостави. Поради оваа причина, за време на процесот на исклучување, кога брзината на единицата ќе падне до одредена одредена вредност, треба да се стави во употреба системот за сопирање на единицата. Сопирањето на единицата е поделено на електрично сопирање, механичко сопирање и комбинирано сопирање. Електричното сопирање е да се направи краток спој на трифазниот статор на генераторот на излезот на крајот од машината откако генераторот ќе се одвои и демагнетира, и да се чека брзината на единицата да падне на околу 50% до 60% од номиналната брзина. Преку серија логички операции, се обезбедува моќноста на сопирањето, а регулаторот за побудување се префрла во режим на електрично сопирање за да додаде струја на побудување на намотката на роторот на генераторот. Бидејќи генераторот ротира, статорот индуцира струја на краток спој под дејство на магнетното поле на роторот. Генерираниот електромагнетен вртежен момент е токму спротивен од инерцијалната насока на роторот, што игра улога на сопирање. Во процесот на реализација на електрично сопирање, напојувањето за сопирање треба да се обезбеди однадвор, што е тесно поврзано со структурата на главното коло на системот за побудување. Различни начини за добивање на напојување за побудување на електричното сопирање се прикажани на сликата подолу.
Различни начини за добивање на напојување за електрично побудување на сопирачката
На првиот начин, уредот за побудување е метод со самопаралелно поврзување на побудување. Кога крајот на машината е краток спој, трансформаторот за побудување нема напојување. Напојувањето за сопирање доаѓа од наменски трансформатор за сопирање, а трансформаторот за сопирање е поврзан со напојувањето на централата. Како што споменавме погоре, повеќето хидроенергетски проекти користат самопаралелен систем за побудување со статички исправувач на побудување, и поекономично е да се користи исправувачки мост за системот за побудување и електричниот систем за сопирање. Затоа, овој метод за добивање на напојување за побудување на електричната сопирачка е почест. Работниот тек на електричното сопирање на овој метод е како што следува:
(1) Прекинувачот на излезот на единицата е отворен и системот е одвоен.
(2) Намотката на роторот е демагнетизирана.
(3) Прекинувачот за напојување на секундарната страна на трансформаторот за возбудување е отворен.
(4) Прекинувачот за краток спој на електричната сопирачка на единицата е затворен.
(5) Прекинувачот за напојување на секундарната страна на трансформаторот за електрична сопирачка е затворен.
(6) Тиристорот на исправувачкиот мост се активира за спроведување на струја, а единицата влегува во состојба на електрична сопирачка.
(7) Кога брзината на единицата е нула, се ослободува електричната сопирачка (доколку се користи комбинирано сопирање, кога брзината достигнува 5% до 10% од номиналната брзина, се применува механичко сопирање). 5. Интелигентен систем за возбудување Интелигентната хидроцентрала се однесува на хидроцентрала или група хидроцентрали со дигитализација на информации, комуникациско вмрежување, интегрирана стандардизација, деловна интеракција, оптимизација на работењето и интелигентно донесување одлуки. Интелигентните хидроцентрали се вертикално поделени на процесен слој, единечен слој и слој за контрола на станицата, користејќи 3-слојна 2-мрежна структура на мрежа на процесен слој (GOOSE мрежа, SV мрежа) и мрежа на слој за контрола на станицата (MMS мрежа). Интелигентните хидроцентрали треба да бидат поддржани од интелигентна опрема. Како основен систем за контрола на хидротурбинскиот генератор, технолошкиот развој на системот за возбудување игра важна поддржувачка улога во изградбата на интелигентни хидроцентрали.
Во интелигентните хидроцентрали, покрај извршувањето на основните задачи како што се стартување и исклучување на турбинскиот генератор, зголемување и намалување на реактивната моќност и итно исклучување, системот за возбудување треба да биде способен да ги исполни и функциите за моделирање на податоци и комуникација IEC61850, како и да ја поддржи комуникацијата со мрежата на контролниот слој на станицата (MMS мрежа) и мрежата на процесниот слој (GOOSE мрежа и SV мрежа). Уредот на системот за возбудување е поставен на единечниот слој на структурата на системот на интелигентната хидроцентрала, а единицата за спојување, интелигентниот терминал, помошната контролна единица и другите уреди или интелигентната опрема се поставени на процесниот слој. Структурата на системот е прикажана на сликата подолу.
Интелигентен систем за возбудување
Домашниот компјутер на контролниот слој на станицата на интелигентната хидроцентрала ги исполнува барањата на комуникацискиот стандард IEC61850 и го испраќа сигналот од системот за возбудување до домаќинскиот компјутер на системот за следење преку MMS мрежата. Интелигентниот систем за возбудување треба да може да се поврзе со мрежата GOOSE и SV мрежните прекинувачи за да собира податоци на процесниот слој. Процесниот слој бара податоците што се добиваат од CT, PT и локалните компоненти да бидат во дигитална форма. CT и PT се поврзани со единицата за спојување (електронските трансформатори се поврзани со оптички кабли, а електромагнетните трансформатори се поврзани со кабли). Откако податоците за струјата и напонот ќе се дигитализираат, тие се поврзани со SV мрежниот прекинувач преку оптички кабли. Локалните компоненти треба да бидат поврзани со интелигентниот терминал преку кабли, а прекинувачот или аналогните сигнали се претвораат во дигитални сигнали и се пренесуваат до GOOSE мрежниот прекинувач преку оптички кабли. Во моментов, системот за возбудување има во основа комуникациска функција со MMS мрежата на контролниот слој на станицата и GOOSE/SV мрежата на процесниот слој. Покрај тоа што ги исполнува барањата за интеракција на мрежните информации според комуникацискиот стандард IEC61850, интелигентниот систем за возбудување треба да има и сеопфатно онлајн следење, интелигентна дијагноза на грешки и практично тест-работење и одржување. Перформансите и ефектот од примената на целосно функционалниот интелигентен уред за возбудување треба да се тестираат во идните реални инженерски апликации.
Време на објавување: 09 октомври 2024 година
