Standardní zapojení. Mechanické provedení

Transkript

1

2 Provozní vlastnosti Spolehlivost a bezpečnost Vysoká pohotovost Digitální regulace a řízení Velmi dobré regulační vlastnosti Malé nároky na údržbu Krátká dodací lhůta Kompaktní provedení a jednoduchá instalace Malé nároky na prostor Standardní zapojení SIPOL je budicí soustava pro synchronní generátory s budiči a rotačními diodami. Může být přímo připojena na sběrací kroužky generátoru. Vzhledem k široké použitelnosti a snadné instalaci je vhodná pro použití v malých závodních, parních a vodních elektrárnách a může se uplatnit zejména při modernizaci stávajících zařízení. Výkonovou část tvoří tranzistorový měnič připojený k budicímu vinutí nebo na sběrací kroužky generátoru. Obvod rotoru je chráněn proti přepětí přepěťovou ochranou zapojenou paralelně s rotorem. Standardně je možno dodávat budicí soustavy, které odebírají budicí výkon buď z pomocného budiče s trvalým magnetem (AC nebo DC), z pomocného vinutí na statoru generátoru (např. napětí na upínacích šroubech složeného statorového jádra) nebo ze zdrojů vlastní spotřeby. Je možné další záložní napájení, např. z akumulátorů nebo z nepřerušitelného (bezvýpadkového) napájecího zdroje. Vzhledem ke kompaktnímu provedení a rozmanitosti funkcí standardního softwaru digitálního řídicího a regulačního systému a rovněž k malým nárokům na prostor je budicí soustava SIPOL vhodná také pro modernizaci již užívaných budicích soustav. Rekonstrukce tak mohou být realizovány v co nejkratším čase. Mechanické provedení Budicí soustava SIPOL se dodává v kompletním zapojení na montážní desce a je tak připravena pro zabudování do vhodné skříně. Zapojení a funkce soustavy SIPOL byly kompletně přezkoušeny. Na přání může být budicí soustava SIPOL dodána již ve skříni, která je uzpůsobena pro použití elektronických regulačních a řídicích systémů spolu s výkonovou elektronikou. Stavebnicové provedení a snadná přístupnost všech prvků umožňují jednoduché ovládání všech důležitých funkcí a provádění optimalizačních opatření. Skříň je široká 580 mm, hluboká 350 mm a vysoká 700 mm. Budicí soustava SIPOL zabudovaná do skříně Budicí soustava SIPOL na montážní desce 2 SIPOL

3 Hlavní prvky: Tranzistorový měnič (1). Automatický regulátor napětí (2) pro regulaci napětí na svorkách generátoru a regulátor budicího proudu (3) pro ruční kanál. Budicí energie (E) se může odebírat ze systému vlastní spotřeby, z akumulátorů, pomocného vinutí, ze zvláštního budicího transformátoru nebo z pomocného budiče. Volitelné záložní napájení budicí energií, např. z akumulátorů v elektrárně, zajišťuje vysokou pohotovost budicí soustavy. Budicí soustava SIPOL je vhodná pro různé typy strojů: např, pro bezkartáčové stroje se střídavým (AC) budičem a rotačními diodami (5) a (7) nebo stroje se stejnosměrným (DC) budičem (6) a také pro přímo buzené generátory (8). Tranzistorový měnič je napájen z DC meziobvodu. K odbuzení generátoru se použije integrovaný vybíjecí odpor odbuzovače. Při odbuzování se energie za stroje zpětně přivádí do meziobvodu měniče. Standardní prvky budicí soustavy SIPOL 3 SIPOL

4 Způsob činnosti Regulace Automatický regulátor napětí (automatický regulační systém) V automatickém regulátoru napětí se skutečná hodnota napětí generátoru porovná s nastavenou referenční hodnotou. Po porovnání s výstupní hodnotou omezovače buzení se signál přivede na vstup PI regulátoru napětí. PI regulátor napětí s nastavitelným zesílením (ziskem) a časovou odezvou vydá výstupní signál, který se jako I ref přivede do sekundárního regulačního budicího proudu. V závislosti na výstupu regulátoru proudu se pak mění generování frekvenčně modulovaných spouštěcích signálů pro výkonové tranzistory. Základní frekvence je 2,5 khz. Stejnosměrný proud protéká přes fáze U a W měniče. Jednoduché ovládání pomocí jednotky PMU ve výkonové části Automatická regulace cos ϕ nebo automatická regulace jalového výkonu (automatický regulační systém) V regulátoru cos ϕ se skutečná hodnota porovná s nastavenou referenční hodnotou cos ϕ. Při odchylce se nastavená referenční hodnota regulátoru napětí přestavuje tak dlouho, dokud se odchylka cos ϕ nesníží na nulu. Při ostrovním provozu nebo za chodu generátoru naprázdno se provede automatické přepnutí z regulace cos ϕ na automatickou regulaci napětí. Regulátor jalového výkonu pracuje analogicky. Ručně ovládaný regulační systém (regulátor budicího proudu) V regulátoru budicího proudu se do příslušného P-zesilovače zadá filtrovaná referenční hodnota budicího proudu a porovná se s jeho skutečnou hodnotou. Výstupním signálem se pak řídí frekvenčně modulovaný spouštěcí obvod výkonových tranzistorů v příslušném výstupním stupni. Z uvedených tří regulačních systémů je normálně v provozu automatický regulační systém, a to i při najíždění a odstavování agregátu. Zahrnuje měřicí a nastavovací prvky a regulační a monitorovací obvody pro tyto funkce: regulace napětí generátoru rychlá sekundární regulace a limitace výstupního proudu měniče (regulace budicího proudu), případně omezování nárazového buzení) omezovač pro rozsah podbuzení (limitace podbuzení) časově zpožděný omezovač pro rozsah přebuzení (limitace přebuzení) časově zpožděný omezovač proudu generátoru (limitace statorového proudu) Volitelně záložní napájení zabudování ve skříni regulátor cos ϕ nebo regulátor jalového výkonu na předávacím místě do sítě víceúrovňová koordinovaná regulace jalového výkonu několika generátorů monitorování poruch rotačních diod Uvádění do provozu Ruční regulační systém je navržen jako regulátor budicího proudu. Při uvádění do provozu a při revizích umožňuje zaznamenávat charakteristiky generátoru a také umožňuje provoz generátoru při zkratu s ohledem na nastavení ochran. Při poruše automatického regulátoru napětí může být také použit k provoznímu nastavení buzení generátoru. Dobíhavé řízení Během provozu s automatickým regulačním systémem se nastavená (referenční) hodnota regulátoru budicího proudu trvale aktualizuje, aby se při vzniku poruchy mohlo provést rychlé, bez náhlých změn v buzení, přepnutí na ruční ovládání. K automatickému přepnutí dojde při zapůsobení vnitřních prvků kontrolujících budicí proud nebo při hlášení poruchy v monitorování skutečné hodnoty napětí generátoru. 4 SIPOL

5 Omezovače Při provozu synchronního generátoru je nutno sledovat jeho výkonovou charakteristiku, ze které lze zjistit přípustné kombinace činného a jalového výkonu. LMO mezní charakteristika rozsahu podbuzení OP mezní charakteristika oteplení statoru PQ mezní charakteristika oteplení rotoru Pro motorový chod platí analogické charakteristiky při obráceném toku činného výkonu. Aby byl zajištěn provoz generátoru v rámci těchto mezí, může se pomocí funkce limitace přebuzení a podbuzení na výkonové charakteristice generátoru definovat 10 dvojic hodnot (X = skutečná hodnota jalového výkonu a Y = odpovídající přípustná hodnota činného výkonu), které představují mezní charakteristiku generátoru. Omezovač statorového proudu zajišťuje časově zpožděné omezování s cílem udržet trvale přípustný proud statoru. Úkolem omezovače statorového proudu je zabránit tepelnému přetížení statoru vlivem jalového výkonu při zvýšeném činném výkonu. Omezovač statorového proudu také po určitou omezenou dobu připouští zvýšené hodnoty buzení, aby generátor mohl podporovat síť. Omezování podbuzení Mezní charakteristika synchronního stroje v generátorovém chodu Omezovač podbuzení koriguje jalový výkon zvýšením napětí generátoru tak, aby se při překročení mezní charakteristiky L-M-O pracovní bod dostal zpět na mezní charakteristiku ještě předtím, než nepřípustný provozní stav povede k vypnutí generátoru ochranou proti podbuzení. Omezovač přebuzení zajišťuje, že se pracovní body budou v rozsahu přebuzení vždy udržovat v rozsahu P-Q výkonové charakteristiky generátoru. Při poklesu napětí v síti v důsledku zvýšení požadavků na jalový výkon, v důsledku spínacích pochodů nebo poruch regulátor napětí zvýší buzení generátoru, aby napětí generátoru zůstalo konstantní. Omezovač přebuzení má přitom za úkol zabránit tepelnému přetížení rotoru. Omezovač přebuzení umožňuje, aby se hodnoty budicího proudu po určitou omezenou dobu pohybovaly mezi maximálním trvalým proudem a maximálním budicím proudem (nárazové buzení), aby generátor při krátkodobých poklesech napětí v síti mohl síť podporovat. Sekundární omezovač budicího proudu (omezovač nárazového buzení) má naproti tomu za úkol omezit budicí proud co nejrychleji na maximální přípustnou hodnotu. Omezování přebuzení a sekundární limitace budicího proudu 5 SIPOL

6 Řízení Každý provozní stav budicí soustavy se monitoruje a indikuje. Vnitřní monitorovací systém poskytuje na svorkách skříně tato hlášení (signály): Porucha s povelem k vypnutí Porucha v automatickém regulačním systému a přepnutí na ruční regulaci Sumární alarm spuštěný různými vnitřními poruchovými signály. Pro vnější indikaci jsou navíc k dispozici tato provozní hlášení (signály): Buzení zapnuto Buzení vypnuto Automatický regulátor napětí je zapnutý Regulátor budicího proudu je zapnutý Regulátor cos ϕ nebo VAR je zapnutý Omezovače jsou aktivní Volitelně jsou možná ještě další podrobná hlášení (signály). Přebuzení a omezovač nárazového buzení Při nastavení na maximální hodnotu poskytuje měnič vyšší napětí než je nutné pro vybuzení na stropní proud. Tato napěťová přeregulace budicího vinutí zkracuje čas nutný k dosažení stropního proudu a zkracuje tak vyregulování odchylek nastavených hodnot napětí na svorkách generátoru. Výstupní proud měniče pro ruční regulaci je omezován maximální hodnotou nastavení. Výstupní proud měniče pro automatickou regulaci je ovlivňován omezením nastavené hodnoty PI regulátoru napětí. Tato referenční hodnota odpovídá napětí požadovaného budicího proudu. Přebuzení tranzistorového měniče pro dosažení rychlejší odezvy budiče U E = výstupní napětí měniče odpovídá budicímu napětí I E = výstupní proud měniče odpovídá budicímu proudu I EO = výstupní proud pro chod naprázdno = výstupní proud pro jmenovité zatížené I EN I Emax = stropní proud 1 = průběh výstupního proudu bez limitace nárazového buzení 2 = průběh výstupního proudu bez přebuzení 6 SIPOL

7 Výkonový obvod Ve výkonovém obvodu jsou použity tranzistorové měniče MASTERDRIVE, které přes DC meziobvod poskytují potřebný budicí výkon, to znamená, že koncové stupně tranzistorového voliče odebírají energii z DC meziobvodu. Budicí napětí se nastavuje pomocí změny poměru impuls/mezera a přes budicí odpor se mění budicí proud. Budicí proud se měří v koncovém stupni a uzpůsobuje se pro sekundární regulaci budicího proudu. Odbuzení Při odstavení synchronního generátoru nebo při zapůsobení jeho ochran nebo ochran blokového transformátoru se generátor musí odbudit. Na základě povelu k odbuzení se měnič zablokuje. Přes diody v měniči se magnetická energie pole vrátí zpět do meziobvodu. Odbuzení se tak provede velmi rychle. Výkonový obvod se ještě vypínačem buzení odpojí od napájení. Základní schéma zapojení tranzistorové výkonové části Taktovací frekvence cca 2,5 khz, proměnlivý poměr impuls/mezera. Výstupní napětí měniče závislé na nastavení. Vzniku nepřípustně vysokých napětí zabraňují paralelně zapojené varistory 7 SIPOL

8 Počítačové prostředky Uživatelsky přívětivý software SIMOVIS/DriveMonitor usnadňuje uvádění SIPOL do provozu. Regulátor napětí se přes sériové rozhraní může propojit s PC a poté se dá snadno konfigurovat. Konfigurace přívětivá pro uživatele Software SIMOVIS/DriveMonitor pro Microsoft Windows 9x/2x/NT umožňuje kompletní parametrizaci výkonového obvodu. Skutečné hodnoty se mohou sledovat přímo v seznamu parametrů. Po zvolení určitého parametru se tento parametr může měnit pouze zadáním nové hodnoty. K dispozici je větší počet předem definovaných seznamů parametrů pro konkrétní použití (např. vstup/výstup) a jeden úplný seznam parametrů. Kromě toho je možno sestavit vlastní seznam parametrů zadáním čísel příslušných parametrů. Funkce UPREAD (načtení) zajišťuje uložení aktuální parametrizace na nosiči dat a tím snadnou dokumentaci skutečného aktuálního stavu. 8 SIPOL

9 Trasování Tato funkce je doplňkem softwaru SIMOVIS/DriveMonitor a umožňuje zobrazení zaznamenaných dat. Kromě toho lze ukládat do paměti data vyčtená z přístroje a později je znovu otevírat. Takováto data je také možno importovat do textových editorů, např. Microsoft Word nebo do tabulkových procesorů, např. Microsoft Excel. Pomocí dvou pohyblivých kursorů lze provádět jednoduchá měření amplitud a okamžitých hodnot. Funkce záznamu trasování skýtá tyto možnosti: Monitorování a záznam až 8 analogových signálů Monitorování a záznam 16 binárních signálů na 1 nevyužitý analogový signál (např. 32 binárních signálů a 6 analogových signálů) Maximální doba záznamu 280 s při maximální vzorkovací rychlosti 280 ms nebo 1,4 s při minimální vzorkovací rychlosti 1,4 ms. Snadno nastavitelná vzorkovací rychlost v rozmezí 1,4 až 280 ms po krocích 1,4 ms Záznam poruch se automaticky spustí programovatelnými poruchovými signály (spustí se binární signály, např. signály poruch nebo pomocí porovnání analogové hodnoty (podmínka: </>/=/<>) s předem definovanou hodnotou). Pre-trigger nastavitelný mezi 0 a 100% (např. pre-trigger nastavený na 30% znamená dobu záznamu 30% před a 70% po události spojené s triggerem) 9 SIPOL

10 Jednopólové funkční schéma budicí soustavy SIPOL Rozměrový výkres 10 SIPOL

11 Technická data SIPOL Pomocný napájecí zdroj Stejnosměrné napětí Maximální příkon Zkušební napětí Hlavní napájení Střídavé napětí 1 nebo 3 fázové Frekvenční rozsah Stejnosměrné napětí Zkušební napětí Měřicí vstupy Napětí generátoru, 3 fázové Maximální příkon Proud generátoru, 1 fázový Maximální příkon Proud generátoru, 1 fázový Maximální příkon Zkušební napětí Výstupní proud Trvalý proud Krátkodobý proud (10 s) 11 digitálních vstupů Vstupní napětí 8 digitálních výstupů Max. spínací napětí Max. spínací proud 24 V DC < 100 W 500 V/1 min cca V AC do 400 Hz cca V DC V/1 min V 3 VA 1 A 0,5 VA 5 A 1,5 VA 2500 V/1 min 15 A DC 20 A DC 24 V DC 250 V AC/DC 8 A Analogové výstupy Výstupní rozsah Přesnost regulace Regulace napětí 0,5% Statistické číslo výrobku pro celní účely Maximální okolní teplota Při provozu Během skladování a přepravy Nadmořská výška místa instalace Normy 0 10 V nebo 0/4 20 ma AL:N; ECCN:N 0 C až +40 C -25 C až +70 C 1000 m nad mořem bez nutnosti snížit výkon Budicí soustava SIPOL je dimenzována a navržena v souladu s normami IEC, EN, DIN, VDE, IEEE-421 Obsluha a údržba budicí soustavy SIPOL se může provádět podle směrnice VGB4 Vodní elektrárna Gersthofen; Lech Elektrizitätswerke AG; generátory 5 3 MVA. I přes velmi omezený prostor byla technologie SIPOL integrována do stávajícího zařízení bez jakýchkoliv problémů 11 SIPOL

12 V r vydal a copyright získal: Siemens AG Power Generation Freyeslebenstrasse Erlangen, Germany fax: Změny vyhrazeny bez předchozího upozornění Informace uvedené v tomto dokumentu obsahují všeobecné popisy dostupných technických řešení, která nemusí být vždy v jednotlivých případech realizována. Požadované vlastnosti se proto musí specifikovat v každém jednotlivém případě při uzavírání kontraktu. Dodávky do České republiky zajišťuje: Siemens s.r.o. Evropská 33a Praha 6 Tel.: Veškeré poptávky týkající se zařízení z tohoto katalogu směřujte prosím na výše uvedenou adresu, eventuelně na adresu Siemens s.r.o., pobočka Brno, Technická 15, , Brno. 12 SIPOL