Ang mga ilog sa kalikasan ay pawang may tiyak na dalisdis. Ang tubig ay dumadaloy sa kahabaan ng ilog sa ilalim ng aksyon ng grabidad. Ang tubig sa matataas na lugar ay naglalaman ng masaganang potensyal na enerhiya. Sa tulong ng mga istrukturang haydroliko at mga kagamitang elektromekanikal, ang enerhiya ng tubig ay maaaring ma-convert sa enerhiyang elektrikal, ibig sabihin, ang hydropower generation. Ang prinsipyo ng hydropower generation ay ang ating electromagnetic induction, ibig sabihin, kapag pinutol ng isang konduktor ang mga linya ng magnetic flux sa isang magnetic field, ito ay bubuo ng kuryente. Kabilang sa mga ito, ang "galaw" ng konduktor sa magnetic field ay nakakamit sa pamamagitan ng daloy ng tubig na nakakaapekto sa turbine upang i-convert ang enerhiya ng tubig sa rotational mechanical energy; at ang magnetic field ay halos palaging nabubuo ng excitation current na nalilikha ng excitation system na dumadaloy sa rotor winding ng generator, ibig sabihin, ang magnetismo ay nalilikha ng kuryente.
1. Ano ang sistema ng excitation? Upang maisakatuparan ang conversion ng enerhiya, ang synchronous generator ay nangangailangan ng DC magnetic field, at ang DC current na bumubuo ng magnetic field na ito ay tinatawag na excitation current ng generator. Sa pangkalahatan, ang proseso ng pagbuo ng magnetic field sa generator rotor ayon sa prinsipyo ng electromagnetic induction ay tinatawag na excitation. Ang excitation system ay tumutukoy sa kagamitan na nagbibigay ng excitation current para sa synchronous generator. Ito ay isang mahalagang bahagi ng synchronous generator. Sa pangkalahatan, ito ay binubuo ng dalawang pangunahing bahagi: ang excitation power unit at ang excitation regulator. Ang excitation power unit ay nagbibigay ng excitation current sa synchronous generator rotor, at ang excitation regulator ay kumokontrol sa output ng excitation power unit ayon sa input signal at sa ibinigay na pamantayan sa regulasyon.
2. Tungkulin ng sistema ng paggulo Ang sistema ng paggulo ay may mga sumusunod na pangunahing tungkulin: (1) Sa ilalim ng normal na kondisyon ng pagpapatakbo, ito ang nagsusuplay sa generator excitation current, at inaayos ang excitation current ayon sa ibinigay na batas ayon sa boltahe ng terminal ng generator at mga kondisyon ng load upang mapanatili ang katatagan ng boltahe. Bakit maaaring mapanatili ang katatagan ng boltahe sa pamamagitan ng pagsasaayos ng excitation current? Mayroong tinatayang ugnayan sa pagitan ng induced potential (ibig sabihin, no-load potential) Ed ng generator stator winding, ang terminal voltage Ug, ang reactive load current Ir ng generator, at ang longitudinal synchronous reactance Xd:
Ang induced potential na Ed ay proporsyonal sa magnetic flux, at ang magnetic flux ay nakadepende sa magnitude ng excitation current. Kapag ang excitation current ay nananatiling hindi nagbabago, ang magnetic flux at ang induced potential na Ed ay nananatiling hindi nagbabago. Mula sa pormula sa itaas, makikita na ang terminal voltage ng generator ay bababa kasabay ng pagtaas ng reactive current. Gayunpaman, upang matugunan ang mga kinakailangan ng gumagamit para sa kalidad ng kuryente, ang terminal voltage ng generator ay dapat manatiling halos hindi nagbabago. Malinaw na ang paraan upang makamit ang kinakailangang ito ay ang pagsasaayos ng excitation current ng generator habang nagbabago ang reactive current na Ir (ibig sabihin, nagbabago ang load). (2) Ayon sa mga kondisyon ng load, ang excitation current ay inaayos ayon sa isang ibinigay na tuntunin upang ayusin ang reactive power. Bakit kailangang ayusin ang reactive power? Maraming kagamitang elektrikal ang gumagana batay sa prinsipyo ng electromagnetic induction, tulad ng mga transformer, motor, welding machine, atbp. Lahat sila ay umaasa sa pagtatatag ng isang alternating magnetic field upang i-convert at ilipat ang enerhiya. Ang electrical power na kinakailangan upang magtatag ng isang alternating magnetic field at induced magnetic flux ay tinatawag na reactive power. Lahat ng kagamitang elektrikal na may electromagnetic coils ay kumokonsumo ng reactive power upang magtatag ng magnetic field. Kung walang reactive power, hindi iikot ang motor, hindi makakapag-transform ng boltahe ang transformer, at maraming kagamitang elektrikal ang hindi gagana. Samakatuwid, ang reactive power ay hindi nangangahulugang walang silbi na kuryente. Sa ilalim ng normal na mga pangyayari, ang mga kagamitang elektrikal ay hindi lamang nakakakuha ng aktibong kuryente mula sa generator, kundi kailangan din nilang makakuha ng reactive power mula sa generator. Kung ang reactive power sa power grid ay kulang, ang mga kagamitang elektrikal ay hindi magkakaroon ng sapat na reactive power upang magtatag ng normal na electromagnetic field. Kung gayon, ang mga kagamitang elektrikal na ito ay hindi maaaring mapanatili ang rated na operasyon, at ang terminal voltage ng mga kagamitang elektrikal ay bababa, kaya maaapektuhan ang normal na operasyon ng mga kagamitang elektrikal. Samakatuwid, kinakailangang isaayos ang reactive power ayon sa aktwal na load, at ang reactive power output ng generator ay nauugnay sa magnitude ng excitation current. Ang partikular na prinsipyo ay hindi ilalarawan dito. (3) Kapag nangyari ang isang aksidente sa short circuit sa power system o iba pang mga kadahilanan na nagiging sanhi ng malubhang pagbaba ng boltahe ng terminal ng generator, ang generator ay maaaring sapilitang ma-excite upang mapabuti ang dynamic stability limit ng power system at ang katumpakan ng aksyon ng proteksyon ng relay. (4) Kapag ang generator overvoltage ay nangyayari dahil sa biglaang load shedding at iba pang mga kadahilanan, ang generator ay maaaring sapilitang alisin sa magnet upang limitahan ang labis na pagtaas ng boltahe ng terminal ng generator. (5) Pagbutihin ang static stability ng power system. (6) Kapag ang isang phase-to-phase short circuit ay nangyayari sa loob ng generator at sa mga lead wire nito o ang boltahe ng terminal ng generator ay masyadong mataas, ang demagnetization ay mabilis na isinasagawa upang limitahan ang paglawak ng aksidente. (7) Ang reactive power ng mga parallel generator ay maaaring makatwirang maipamahagi.
3. Pag-uuri ng mga sistema ng excitation Ayon sa paraan ng pagkuha ng generator ng excitation current (ibig sabihin, ang paraan ng supply ng excitation power supply), ang excitation system ay maaaring hatiin sa external excitation at self-excitation: ang excitation current na nakuha mula sa iba pang mga power supply ay tinatawag na external excitation; ang excitation current na nakuha mula mismo sa generator ay tinatawag na self-excitation. Ayon sa rectification method, maaari itong hatiin sa rotary excitation at static excitation. Ang static excitation system ay walang espesyal na excitation machine. Kung nakukuha nito ang excitation power mula mismo sa generator, ito ay tinatawag na self-excitation static excitation. Ang self-excitation static excitation ay maaaring hatiin sa self-parallel excitation at self-compounding excitation.
Ang pinakakaraniwang ginagamit na paraan ng pag-e-excitation ay ang self-parallel excitation static excitation, gaya ng ipinapakita sa larawan sa ibaba. Kinukuha nito ang lakas ng pag-e-excitation sa pamamagitan ng rectifier transformer na konektado sa outlet ng generator, at nagsusuplay sa generator excitation current pagkatapos ng rectification.
Diagram ng mga kable ng self-parallel excitation static rectifier excitation system
Ang self-parallel excitation static excitation system ay pangunahing binubuo ng mga sumusunod na bahagi: excitation transformer, rectifier, demagnetization device, regulatory controller at overvoltage protection device. Ang limang bahaging ito ay may mga sumusunod na tungkulin:
(1) Excitation transformer: Bawasan ang boltahe sa dulo ng makina sa boltaheng katugma ng rectifier.
(2) Rectifier: Ito ang pangunahing bahagi ng buong sistema. Ang isang three-phase na ganap na kontroladong bridge circuit ay kadalasang ginagamit upang makumpleto ang gawain ng conversion mula AC patungong DC.
(3) Aparato para sa pag-alis ng magnet: Ang aparato para sa pag-alis ng magnet ay binubuo ng dalawang bahagi, ang switch para sa pag-alis ng magnet at ang resistor para sa pag-alis ng magnet. Ang aparatong ito ang responsable para sa mabilis na pag-alis ng magnet ng yunit sakaling magkaroon ng aksidente.
(4) Regulation controller: Binabago ng control device ng excitation system ang excitation current sa pamamagitan ng pagkontrol sa conduction angle ng thyristor ng rectifier device upang makamit ang epekto ng pag-regulate ng reactive power at boltahe ng generator.
(5) Proteksyon sa overvoltage: Kapag ang generator rotor circuit ay may overvoltage, ang circuit ay pinapagana upang ubusin ang enerhiya ng overvoltage, limitahan ang halaga ng overvoltage, at protektahan ang winding ng generator rotor at ang mga konektadong kagamitan nito.
Ang mga bentahe ng self-parallel excitation static excitation system ay: simpleng istraktura, mas kaunting kagamitan, mababang puhunan at mas kaunting maintenance. Ang disbentaha ay kapag ang generator o sistema ay naka-short-circuit, ang excitation current ay mawawala o bababa nang malaki, habang ang excitation current ay dapat na lubos na pataasin (ibig sabihin, forced excitation) sa oras na ito. Gayunpaman, kung isasaalang-alang na ang mga modernong malalaking yunit ay kadalasang gumagamit ng mga closed busbar, at ang mga high-voltage power grid ay karaniwang nilagyan ng mabilis na proteksyon at mataas na pagiging maaasahan, ang bilang ng mga yunit na gumagamit ng excitation method na ito ay tumataas, at ito rin ang excitation method na inirerekomenda ng mga regulasyon at detalye. 4. Electric braking ng yunit Kapag ang yunit ay naka-unload at naka-shut down, ang isang bahagi ng mechanical energy ay naiimbak dahil sa malaking rotational inertia ng rotor. Ang bahaging ito ng enerhiya ay maaari lamang ganap na ihinto pagkatapos itong ma-convert sa friction heat energy ng thrust bearing, guide bearing at hangin. Dahil ang friction loss ng hangin ay proporsyonal sa square ng linear velocity ng circumference, ang bilis ng rotor ay mabilis na bumababa sa una, at pagkatapos ay ito ay i-idle nang matagal sa mababang bilis. Kapag ang unit ay tumatakbo nang matagal sa mababang bilis, maaaring masunog ang thrust bush dahil hindi maitatag ang oil film sa pagitan ng mirror plate sa ilalim ng thrust head at ng bearing bush. Dahil dito, sa proseso ng pag-shutdown, kapag ang bilis ng unit ay bumaba sa isang tiyak na halaga, kailangang gamitin ang unit braking system. Ang unit braking ay nahahati sa electric braking, mechanical braking at combined braking. Ang electric braking ay ang pag-short-circuit sa three-phase generator stator sa outlet ng makina pagkatapos ma-decouple at ma-demagnetize ang generator, at hintaying bumaba ang bilis ng unit sa humigit-kumulang 50% hanggang 60% ng rated speed. Sa pamamagitan ng isang serye ng mga logical operation, naibibigay ang braking power, at ang excitation regulator ay lumilipat sa electric braking mode upang magdagdag ng excitation current sa rotor winding ng generator. Dahil umiikot ang generator, ang stator ay nag-induce ng short-circuit current sa ilalim ng aksyon ng rotor magnetic field. Ang electromagnetic torque na nalilikha ay kabaligtaran lamang ng inertial direction ng rotor, na gumaganap ng papel sa pagpreno. Sa proseso ng pagsasakatuparan ng electric braking, ang braking power supply ay kailangang ibigay sa labas, na malapit na nauugnay sa pangunahing istruktura ng circuit ng excitation system. Iba't ibang paraan upang makuha ang electric brake excitation power supply ay ipinapakita sa larawan sa ibaba.
Iba't ibang paraan upang makuha ang electric brake excitation power supply
Sa unang paraan, ang excitation device ay isang self-parallel excitation wiring method. Kapag ang dulo ng makina ay naka-short-circuit, ang excitation transformer ay walang power supply. Ang braking power supply ay nagmumula sa isang nakalaang brake transformer, at ang brake transformer ay nakakonekta sa plant power. Gaya ng nabanggit sa itaas, karamihan sa mga proyekto ng hydropower ay gumagamit ng self-parallel excitation static rectifier excitation system, at mas matipid ang paggamit ng rectifier bridge para sa excitation system at electric brake system. Samakatuwid, ang paraan ng pagkuha ng electric brake excitation power supply ay mas karaniwan. Ang electric braking workflow ng pamamaraang ito ay ang mga sumusunod:
(1) Binuksan ang unit outlet circuit breaker at idinidiskonekta ang sistema.
(2) Ang rotor winding ay natanggalan ng magnet.
(3) Ang switch ng kuryente sa pangalawang bahagi ng excitation transformer ay nakabukas.
(4) Sarado ang switch ng short-circuit ng electric brake ng unit.
(5) Sarado ang switch ng kuryente sa pangalawang bahagi ng electric brake transformer.
(6) Ang rectifier bridge thyristor ay na-trigger upang mag-conduct, at ang unit ay papasok sa electric brake state.
(7) Kapag ang bilis ng yunit ay sero, ang preno na de-kuryente ay binibitawan (kung gagamit ng pinagsamang pagpreno, kapag ang bilis ay umabot sa 5% hanggang 10% ng itinakdang bilis, ang mekanikal na pagpreno ay inilalapat). 5. Matalinong sistema ng paggulo Ang matalinong planta ng hydropower ay tumutukoy sa isang planta ng hydropower o grupo ng istasyon ng hydropower na may digitization ng impormasyon, networking ng komunikasyon, pinagsamang standardisasyon, pakikipag-ugnayan sa negosyo, pag-optimize ng operasyon, at matalinong paggawa ng desisyon. Ang mga matalinong planta ng hydropower ay patayong nahahati sa process layer, unit layer, at station control layer, gamit ang 3-layer 2-network na istraktura ng process layer network (GOOSE network, SV network) at station control layer network (MMS network). Ang mga matalinong planta ng hydropower ay kailangang suportahan ng mga matatalinong kagamitan. Bilang pangunahing sistema ng kontrol ng hydro-turbine generator set, ang teknolohikal na pag-unlad ng sistema ng paggulo ay gumaganap ng isang mahalagang papel na sumusuporta sa pagtatayo ng mga matatalinong planta ng hydropower.
Sa mga intelligent hydropower plant, bukod sa pagkumpleto ng mga pangunahing gawain tulad ng pagsisimula at pagpapahinto ng turbine generator set, pagpapataas at pagpapababa ng reactive power, at emergency shutdown, dapat ding matugunan ng excitation system ang mga tungkulin ng IEC61850 data modeling at communication, at suportahan ang komunikasyon sa station control layer network (MMS network) at process layer network (GOOSE network at SV network). Ang excitation system device ay nakaayos sa unit layer ng istruktura ng intelligent hydropower station system, at ang merging unit, intelligent terminal, auxiliary control unit at iba pang device o intelligent equipment ay nakaayos sa process layer. Ang istruktura ng system ay ipinapakita sa figure sa ibaba.
Matalinong sistema ng paggulo
Ang host computer ng station control layer ng intelligent hydropower plant ay nakakatugon sa mga kinakailangan ng pamantayan ng komunikasyon ng IEC61850, at nagpapadala ng signal ng excitation system sa host computer ng monitoring system sa pamamagitan ng MMS network. Ang intelligent excitation system ay dapat na makakonekta sa GOOSE network at SV network switches upang mangolekta ng data sa process layer. Kinakailangan ng process layer na ang data output ng CT, PT at mga lokal na component ay pawang nasa digital na anyo. Ang CT at PT ay nakakonekta sa merging unit (ang mga electronic transformer ay nakakonekta sa pamamagitan ng mga optical cable, at ang mga electromagnetic transformer ay nakakonekta sa pamamagitan ng mga cable). Matapos ma-digitize ang data ng current at voltage, ang mga ito ay nakakonekta sa SV network switch sa pamamagitan ng mga optical cable. Ang mga lokal na component ay kinakailangang nakakonekta sa intelligent terminal sa pamamagitan ng mga cable, at ang mga switch o analog signal ay kino-convert sa mga digital signal at ipinapadala sa GOOSE network switch sa pamamagitan ng mga optical cable. Sa kasalukuyan, ang excitation system ay may pangunahing tungkulin sa komunikasyon sa station control layer MMS network at sa process layer GOOSE/SV network. Bukod sa pagtugon sa interaksyon ng impormasyon sa network ng pamantayan ng komunikasyon ng IEC61850, ang intelligent excitation system ay dapat ding magkaroon ng komprehensibong online monitoring, intelligent fault diagnosis, at maginhawang pagsubok sa operasyon at pagpapanatili. Ang pagganap at epekto ng aplikasyon ng ganap na gumaganang intelligent excitation device ay kailangang masubukan sa mga aktwal na aplikasyon sa inhinyeriya sa hinaharap.
Oras ng pag-post: Oktubre-09-2024
