Sungai-sungai di alam semula jadi mempunyai cerun tertentu. Air mengalir di sepanjang dasar sungai di bawah tindakan graviti. Air pada ketinggian yang tinggi mengandungi tenaga keupayaan yang banyak. Dengan bantuan struktur hidraulik dan peralatan elektromekanikal, tenaga air boleh ditukar menjadi tenaga elektrik, iaitu penjanaan kuasa hidro. Prinsip penjanaan kuasa hidro ialah induksi elektromagnet kita, iaitu, apabila konduktor memotong garisan fluks magnet dalam medan magnet, ia akan menjana arus. Antaranya, "pergerakan" konduktor dalam medan magnet dicapai melalui aliran air yang memberi impak kepada turbin untuk menukar tenaga air kepada tenaga mekanikal putaran; dan medan magnet hampir selalu dibentuk oleh arus pengujaan yang dihasilkan oleh sistem pengujaan yang mengalir melalui belitan rotor penjana, iaitu, kemagnetan dijana oleh elektrik.
1. Apakah sistem pengujaan? Untuk merealisasikan penukaran tenaga, penjana segerak memerlukan medan magnet DC, dan arus DC yang menghasilkan medan magnet ini dipanggil arus pengujaan penjana. Secara amnya, proses pembentukan medan magnet dalam rotor penjana mengikut prinsip aruhan elektromagnet dipanggil pengujaan. Sistem pengujaan merujuk kepada peralatan yang menyediakan arus pengujaan untuk penjana segerak. Ia merupakan bahagian penting dalam penjana segerak. Ia biasanya terdiri daripada dua bahagian utama: unit kuasa pengujaan dan pengatur pengujaan. Unit kuasa pengujaan menyediakan arus pengujaan kepada rotor penjana segerak, dan pengatur pengujaan mengawal output unit kuasa pengujaan mengikut isyarat input dan kriteria peraturan yang diberikan.
2. Fungsi sistem pengujaan Sistem pengujaan mempunyai fungsi utama berikut: (1) Di bawah keadaan operasi biasa, ia membekalkan arus pengujaan penjana, dan melaraskan arus pengujaan mengikut hukum yang diberikan mengikut keadaan voltan terminal dan beban penjana untuk mengekalkan kestabilan voltan. Mengapakah kestabilan voltan boleh dikekalkan dengan melaraskan arus pengujaan? Terdapat hubungan anggaran antara potensi teraruh (iaitu potensi tanpa beban) Ed bagi belitan stator penjana, voltan terminal Ug, arus beban reaktif Ir bagi penjana, dan reaktans segerak membujur Xd:
Keupayaan teraruh Ed adalah berkadar terus dengan fluks magnet, dan fluks magnet bergantung pada magnitud arus pengujaan. Apabila arus pengujaan kekal tidak berubah, fluks magnet dan keupayaan teraruh Ed kekal tidak berubah. Daripada formula di atas, dapat dilihat bahawa voltan terminal penjana akan berkurangan dengan peningkatan arus reaktif. Walau bagaimanapun, untuk memenuhi keperluan pengguna untuk kualiti kuasa, voltan terminal penjana harus kekal pada dasarnya tidak berubah. Jelas sekali, cara untuk mencapai keperluan ini adalah dengan melaraskan arus pengujaan penjana apabila arus reaktif Ir berubah (iaitu, beban berubah). (2) Mengikut keadaan beban, arus pengujaan diselaraskan mengikut peraturan yang diberikan untuk melaraskan kuasa reaktif. Mengapakah perlu melaraskan kuasa reaktif? Banyak peralatan elektrik berfungsi berdasarkan prinsip aruhan elektromagnet, seperti transformer, motor, mesin kimpalan, dll. Kesemuanya bergantung pada pembentukan medan magnet berselang-seli untuk menukar dan memindahkan tenaga. Kuasa elektrik yang diperlukan untuk mewujudkan medan magnet berselang-seli dan fluks magnet teraruh dipanggil kuasa reaktif. Semua peralatan elektrik dengan gegelung elektromagnet menggunakan kuasa reaktif untuk mewujudkan medan magnet. Tanpa kuasa reaktif, motor tidak akan berputar, transformer tidak akan dapat mengubah voltan, dan banyak peralatan elektrik tidak akan berfungsi. Oleh itu, kuasa reaktif sama sekali bukan kuasa yang tidak berguna. Dalam keadaan biasa, peralatan elektrik bukan sahaja memperoleh kuasa aktif daripada penjana, tetapi juga perlu memperoleh kuasa reaktif daripada penjana. Jika kuasa reaktif dalam grid kuasa berkurangan, peralatan elektrik tidak akan mempunyai kuasa reaktif yang mencukupi untuk mewujudkan medan elektromagnet yang normal. Kemudian peralatan elektrik ini tidak dapat mengekalkan operasi yang dinilai, dan voltan terminal peralatan elektrik akan menurun, sekali gus menjejaskan operasi normal peralatan elektrik. Oleh itu, adalah perlu untuk melaraskan kuasa reaktif mengikut beban sebenar, dan output kuasa reaktif oleh penjana berkaitan dengan magnitud arus pengujaan. Prinsip khusus tidak akan dihuraikan di sini. (3) Apabila kemalangan litar pintas berlaku dalam sistem kuasa atau sebab lain yang menyebabkan voltan terminal penjana menurun dengan ketara, penjana boleh diuja secara paksa untuk meningkatkan had kestabilan dinamik sistem kuasa dan ketepatan tindakan perlindungan geganti. (4) Apabila voltan lampau penjana berlaku disebabkan oleh pelepasan beban secara tiba-tiba dan sebab-sebab lain, penjana boleh dinyahmagnetkan secara paksa untuk menghadkan peningkatan voltan terminal penjana yang berlebihan. (5) Meningkatkan kestabilan statik sistem kuasa. (6) Apabila litar pintas fasa ke fasa berlaku di dalam penjana dan pada wayar plumbumnya atau voltan terminal penjana terlalu tinggi, penyahmagnetan dijalankan dengan cepat untuk menghadkan pengembangan kemalangan. (7) Kuasa reaktif penjana selari boleh diagihkan secara munasabah.
3. Pengelasan sistem pengujaan Mengikut cara penjana memperoleh arus pengujaan (iaitu, kaedah pembekalan bekalan kuasa pengujaan), sistem pengujaan boleh dibahagikan kepada pengujaan luaran dan pengujaan kendiri: arus pengujaan yang diperoleh daripada bekalan kuasa lain dipanggil pengujaan luaran; arus pengujaan yang diperoleh daripada penjana itu sendiri dipanggil pengujaan kendiri. Mengikut kaedah rektifikasi, ia boleh dibahagikan kepada pengujaan berputar dan pengujaan statik. Sistem pengujaan statik tidak mempunyai mesin pengujaan khas. Jika ia memperoleh kuasa pengujaan daripada penjana itu sendiri, ia dipanggil pengujaan statik pengujaan kendiri. Pengujaan statik pengujaan kendiri boleh dibahagikan kepada pengujaan selari kendiri dan pengujaan pengkompaunan kendiri.
Kaedah pengujaan yang paling biasa digunakan ialah pengujaan statik pengujaan selari kendiri, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Ia memperoleh kuasa pengujaan melalui transformer penerus yang disambungkan ke saluran keluar penjana, dan membekalkan arus pengujaan penjana selepas penerusan.
Gambarajah pendawaian sistem pengujaan penerus statik pengujaan selari kendiri
Sistem pengujaan statik pengujaan selari kendiri terutamanya terdiri daripada bahagian-bahagian berikut: transformer pengujaan, penerus, peranti penyahmagnetan, pengawal pengawalaturan dan peranti perlindungan voltan lampau. Lima bahagian ini masing-masing melengkapkan fungsi berikut:
(1) Transformer pengujaan: Kurangkan voltan pada hujung mesin kepada voltan yang sepadan dengan penerus.
(2) Penerus: Ia merupakan komponen teras keseluruhan sistem. Litar jambatan tiga fasa yang dikawal sepenuhnya sering digunakan untuk menyelesaikan tugas penukaran daripada AC kepada DC.
(3) Peranti penyahmagnetan: Peranti penyahmagnetan terdiri daripada dua bahagian, iaitu suis penyahmagnetan dan perintang penyahmagnetan. Peranti ini bertanggungjawab untuk penyahmagnetan unit yang cepat sekiranya berlaku kemalangan.
(4) Pengawal selia: Peranti kawalan sistem pengujaan mengubah arus pengujaan dengan mengawal sudut pengaliran thyristor peranti penerus untuk mencapai kesan mengawal selia kuasa reaktif dan voltan penjana.
(5) Perlindungan voltan lampau: Apabila litar rotor penjana mempunyai voltan lampau, litar dihidupkan untuk menggunakan tenaga voltan lampau, mengehadkan nilai voltan lampau, dan melindungi penggulungan rotor penjana dan peralatan yang disambungkan.
Kelebihan sistem pengujaan statik pengujaan selari kendiri adalah: struktur mudah, kurang peralatan, pelaburan rendah dan kurang penyelenggaraan. Kelemahannya ialah apabila penjana atau sistem di litar pintas, arus pengujaan akan hilang atau menurun dengan ketara, manakala arus pengujaan sepatutnya meningkat dengan ketara (iaitu pengujaan paksa) pada masa ini. Walau bagaimanapun, memandangkan unit besar moden kebanyakannya menggunakan bas tertutup, dan grid kuasa voltan tinggi biasanya dilengkapi dengan perlindungan pantas dan kebolehpercayaan yang tinggi, bilangan unit yang menggunakan kaedah pengujaan ini semakin meningkat, dan ini juga merupakan kaedah pengujaan yang disyorkan oleh peraturan dan spesifikasi. 4. Brek elektrik unit Apabila unit dipunggah dan dimatikan, sebahagian daripada tenaga mekanikal disimpan disebabkan oleh inersia putaran rotor yang besar. Bahagian tenaga ini hanya boleh dihentikan sepenuhnya selepas ia ditukar menjadi tenaga haba geseran galas tujahan, galas panduan dan udara. Oleh kerana kehilangan geseran udara adalah berkadar dengan kuasa dua halaju linear lilitan, kelajuan rotor jatuh dengan sangat cepat pada mulanya, dan kemudian ia akan melahu untuk masa yang lama pada kelajuan rendah. Apabila unit berjalan untuk masa yang lama pada kelajuan rendah, sesendal tujahan mungkin terbakar kerana filem minyak antara plat cermin di bawah kepala tujahan dan sesendal galas tidak dapat diwujudkan. Atas sebab ini, semasa proses penutupan, apabila kelajuan unit jatuh ke nilai tertentu yang ditentukan, sistem brek unit perlu digunakan. Brek unit dibahagikan kepada brek elektrik, brek mekanikal dan brek gabungan. Brek elektrik adalah untuk litar pintas stator penjana tiga fasa di saluran keluar hujung mesin selepas penjana dinyahgandingkan dan dinyahmagnetkan, dan menunggu kelajuan unit jatuh kepada kira-kira 50% hingga 60% daripada kelajuan yang dinilai. Melalui satu siri operasi logik, kuasa brek disediakan, dan pengatur pengujaan bertukar kepada mod brek elektrik untuk menambah arus pengujaan pada belitan rotor penjana. Oleh kerana penjana berputar, stator mengaruh arus litar pintas di bawah tindakan medan magnet rotor. Tork elektromagnet yang dijana adalah bertentangan dengan arah inersia rotor, yang memainkan peranan brek. Dalam proses merealisasikan brek elektrik, bekalan kuasa brek perlu disediakan secara luaran, yang berkait rapat dengan struktur litar utama sistem pengujaan. Pelbagai cara untuk mendapatkan bekalan kuasa pengujaan brek elektrik ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Pelbagai cara untuk mendapatkan bekalan kuasa pengujaan brek elektrik
Dalam cara pertama, peranti pengujaan adalah kaedah pendawaian pengujaan selari kendiri. Apabila hujung mesin di litar pintas, transformer pengujaan tidak mempunyai bekalan kuasa. Bekalan kuasa brek datang daripada transformer brek khusus, dan transformer brek disambungkan kepada kuasa loji. Seperti yang dinyatakan di atas, kebanyakan projek kuasa hidro menggunakan sistem pengujaan penerus statik pengujaan selari kendiri, dan lebih menjimatkan untuk menggunakan jambatan penerus untuk sistem pengujaan dan sistem brek elektrik. Oleh itu, kaedah mendapatkan bekalan kuasa pengujaan brek elektrik ini adalah lebih biasa. Aliran kerja brek elektrik kaedah ini adalah seperti berikut:
(1) Pemutus litar keluar unit dibuka dan sistem dinyahgandingkan.
(2) Gegelung rotor dinyahmagnetkan.
(3) Suis kuasa di bahagian sekunder transformer pengujaan dibuka.
(4) Suis litar pintas brek elektrik unit ditutup.
(5) Suis kuasa di bahagian sekunder transformer brek elektrik ditutup.
(6) Tiristor jambatan penerus dicetuskan untuk mengalirkan arus, dan unit memasuki keadaan brek elektrik.
(7) Apabila kelajuan unit adalah sifar, brek elektrik dilepaskan (jika brek gabungan digunakan, apabila kelajuan mencapai 5% hingga 10% daripada kelajuan yang dinilai, brek mekanikal dikenakan). 5. Sistem pengujaan pintar Loji kuasa hidro pintar merujuk kepada kumpulan loji kuasa hidro atau stesen kuasa hidro dengan pendigitalan maklumat, rangkaian komunikasi, penyeragaman bersepadu, interaksi perniagaan, pengoptimuman operasi dan pembuatan keputusan pintar. Loji kuasa hidro pintar dibahagikan secara menegak kepada lapisan proses, lapisan unit dan lapisan kawalan stesen, menggunakan struktur 3-lapisan 2-rangkaian rangkaian lapisan proses (rangkaian GOOSE, rangkaian SV) dan rangkaian lapisan kawalan stesen (rangkaian MMS). Loji kuasa hidro pintar perlu disokong oleh peralatan pintar. Sebagai sistem kawalan teras set penjana hidro-turbin, pembangunan teknologi sistem pengujaan memainkan peranan sokongan penting dalam pembinaan loji kuasa hidro pintar.
Dalam loji kuasa hidro pintar, selain daripada menyelesaikan tugas asas seperti menghidupkan dan menghentikan set penjana turbin, meningkatkan dan mengurangkan kuasa reaktif, dan menutup kecemasan, sistem pengujaan juga harus dapat memenuhi fungsi pemodelan data dan komunikasi IEC61850, dan menyokong komunikasi dengan rangkaian lapisan kawalan stesen (rangkaian MMS) dan rangkaian lapisan proses (rangkaian GOOSE dan rangkaian SV). Peranti sistem pengujaan disusun pada lapisan unit struktur sistem stesen kuasa hidro pintar, dan unit penggabungan, terminal pintar, unit kawalan tambahan dan peranti lain atau peralatan pintar disusun pada lapisan proses. Struktur sistem ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Sistem pengujaan pintar
Komputer hos lapisan kawalan stesen loji kuasa hidro pintar memenuhi keperluan piawaian komunikasi IEC61850, dan menghantar isyarat sistem pengujaan ke komputer hos sistem pemantauan melalui rangkaian MMS. Sistem pengujaan pintar harus dapat bersambung dengan rangkaian GOOSE dan suis rangkaian SV untuk mengumpul data pada lapisan proses. Lapisan proses memerlukan output data oleh CT, PT dan komponen tempatan semuanya dalam bentuk digital. CT dan PT disambungkan ke unit penggabungan (transformer elektronik disambungkan dengan kabel optik, dan transformer elektromagnet disambungkan dengan kabel). Selepas data arus dan voltan didigitalkan, ia disambungkan ke suis rangkaian SV melalui kabel optik. Komponen tempatan dikehendaki disambungkan ke terminal pintar melalui kabel, dan suis atau isyarat analog ditukar menjadi isyarat digital dan dihantar ke suis rangkaian GOOSE melalui kabel optik. Pada masa ini, sistem pengujaan pada asasnya mempunyai fungsi komunikasi dengan rangkaian MMS lapisan kawalan stesen dan rangkaian GOOSE/SV lapisan proses. Selain memenuhi interaksi maklumat rangkaian piawaian komunikasi IEC61850, sistem pengujaan pintar juga harus mempunyai pemantauan dalam talian yang komprehensif, diagnosis kerosakan pintar dan operasi ujian serta penyelenggaraan yang mudah. Prestasi dan kesan aplikasi peranti pengujaan pintar yang berfungsi sepenuhnya perlu diuji dalam aplikasi kejuruteraan sebenar pada masa hadapan.
Masa siaran: 9 Okt-2024
