Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 6. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

Transkript

1 Elektrárny A1M15ENY přednáška č. 6 Jan Špetlík spetlij@fel.cvut.cz -v předmětu u ENY Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

2 Charakteristika naprázdno, nakrátko Vliv magnetické charakteristiky obvodu synchronního stoje: Charakteristika naprázdno je: U = E = f ( I f ) Charakteristika nakrátko je: k ( f ) I = f I u = e= f ( i f ) i k = ( f ) f i I f 0 Proud je takový proud buzení, při kterém dosáhne hodnota svorkového napětí v gen. zapojeného naprázdno hodnoty (bod A) I fk Proud je takový proud buzení, při kterém dosáhne hodnota svorkového proudu v gen. zapojeného nakrátko hodnoty (bod B) U n I n

3 Charakteristika naprázdno, nakrátko I f 0 ( f ) Uvažujeme-li, že bodu A a odpovídá v char. i = f i proud a označíme-li si napětí nesaturovaného stroje jako e k I 0k Definujeme zkratový poměr jako: I f i ν = = I i 0 f 0 Nasycenou reaktanci xds ze stavu naprázdno: e xd( S) = = = = i i 0k i0k fk.1 i Nenasycenou reaktanci xd ze stavu nakrátko: e xd = i fk 0k fk f 0 ν

4 Charakteristika naprázdno, nakrátko Z výše uvedeného vyplývá, že: d( S) Z hlediska statické stability je výhodné mít velkou hodnotu x d > x ν Velká hodnota zkratového poměru ale navyšuje rozměry, hmotnost i cenu generátoru Typické hodnoty ν = 0,5 1,1 u některých hydrostrojů až ν = 2

5 Budící systémy Skládají se z: - Systém zdroje budícího proudu - Systém regulace buzení - Systém odbuzování Požadavky: - Vysoká provozní spolehlivost - Plynulá a rozsáhlá regulace budících proudů a napětí (až 2.Ufn) - Dostatečná rychlost změny budícího napětí - Dostatečná rychlost odbuzení Detail ss napájení přes kroužky

6 Zdroje budícího proudu Dle provedení: - S rotačním budičem (dynamo) - Statický systém vyvedený na kroužky - Statický systém v rotoru - Systém s permanentními magnety (pouze malé aplikace) Dle napájení: - Odbočkou ze svorek generátoru přes trf. buzení - Nezávislý zdroj (např. pomocný budič ss dynama) Rotační budič (s pom. budičem) Bezkartáčový tyristorový systém integrovaný v rotoru

7 Zdroje budícího proudu Budič s derivačním vinutím: dψ Lb dub ub = Rb. ib = Rb. ib dt R dt T b L R b b = Ub =. Rb 1 + st. b b I b Model respektující sycení: Budič s přídavným pomocným vinutím: s. T. U = R k. U E b B E b U B Přenos. fce ve tvaru: 1 = k + s + st. E E E. R B

8 Zdroje budícího proudu Statický budič s řízeným usměrňovačem napájený z odbočky: Zdroj závislý na svorkovém napětí u generátoru. To může činit potíže při době regulace při změnách us (např. při vzdáleném zkratu) Statický budič s řízeným usměrňovačem napájený z 3f gen: Nezávislý tyristorový budič

9 Obecné schéma regulace buzení: Regulace buzení Zdroj: Žádané napětí (Uz) tvoří požadavky: SR a statiky regulátoru Regulační odchylka dále prochází přes moduly necitlivost (Unec), omezení (Umax,Umin), omezovače Ig a If, hlídač meze podbuzení (HMP), systémový stabilizátor (STAB) Takto omezená regulační odchylka nakonec prochází regulátorem typu PI a tvoří vstup do budiče

10 Odbuzovače Provedení: - s paralelním (zhášecím) odporem - se zhášecí komorou - invertorovým chodem budícího systému

11 Odbuzení zhášecím odporem Schéma: Dojde k sepnutí odporu R a zároveň rozpojení kontaktů k a připojení odporu Rh do budícího obvodu derivačního dynama Volbou odporu R musí dojít k rychlému odbuzení, ale zároveň zamezení přepětí na kroužcích bud. vinutí Zjednodušeně jde o (neuvažujeme-li tlum. vin.): Platí: divf u = L. + R. i = R. i dt f f f vf x vf

12 Řešení: vf Odbuzení zhášecím odporem t. Tx = f 0 f = x f 0 i i e Tx u R. i. e t Je-li proud na počátku maximálně i a požadujeme u < 7. u fn f fn 7. u = 7. R. i = R. i R = 7. R fn f fn x fn x f

13 Odbuzení zhášecí komorou Schéma: Užívá se pro alternátory vyšších výkonů. Po rozpojení hlavních kontaktů č. 1 je proud přemostěn přes hl. kontakty 2 s indukčnostmi, které po jejich rozpojení nasměrují proud do zhášecí komory Kombinací odporů r1-r7 a celkové koncepce ZK je napětí uk během zhášení oblouku prakticky konstantní Zjednodušeně jde o (neuvažujeme-li tlum. vin.): Platí: 1 if = ub uk + uk e R f Lf Tf 0 = R f t T f 0.

14 Odbuzení zhášecí komorou Časové průběhy:

15 Odbuzení invertorovým chodem Časové průběhy: Lze použít u budících systémů s řízenými tyristory. Zajišťuje se při plánovaném odbuzování. Za havarijních podmínek se používají klasické systémy kvůli možnému značnému napěťovému namáhání tyristorů

16 Fázování alternátoru Průběh připojení generátoru k síti: Soustrojí turbína-generátor se uvede na jmenovité otáčky, nabudí na jmenovité napětí, přifázuje a poté se uvede na požadované hodnoty P a Q. Přifázování musí být provedeno s minimálními proudovými a momentovými rázy, které jsou dány zejména: - různým sledem fází generátoru/sítě - různou velikostí napětí generátoru/sítě - různým fázovým rozdílem napětí generátoru/sítě - různou frekvencí generátoru/sítě Tyto podmínky nelze splnit naprosto přesně, tolerované odchylky jsou následující: Sled fází: Nutno dodržet, kontrola sledu fází je dnes součástí každé multiunkční digitální ochrany bloku

17 Fázování alternátoru Velikost napětí: Před fázováním je na alternátoru rozdílové napětí Všechna napětí jsou ve fázi Δu Dojde k proudovému rázu: e us Δu i k = = x + x x + x t d t d Dovolená odchylka při které i = i : Δ umax = i k. x d = in. x d 1.0,15 = 15 % k n Je-li us < e dodává během přechodného děje alternátor jalový výkon do sítě a pracuje v přebuzeném (induktivním) režimu, je-li u > e pracuje naopak v podbuzeném (kapacitním) režimu Aby nedošlo k druhému případu, alternátor se mírně přebudí s

18 Fázování alternátoru Fázový rozdíl napětí: ψ e u 2.sin u i s 2 k = = x + x x + x t d t d Analogicky: ψ 2.sin u i 2 k = in = x d max ψ max in. x d 1.0,15 = 2.arcsin = 2.arcsin = 8, 6 2u 2.1 => Na odchylku fáze je alternátor mnohem citlivější, v protifázi překračuje hodnoty 3f zkratu cca 2x

19 Frekvence: 2 1 n m 2 M n 2 a tedy Fázování alternátoru π J. Ω Δ ω = T Δ ω = pmax.sin ϑ. dϑ π ϑ 0 1 J 2 π Pe ϑ0 π p Δ ω = 2 p.sin ϑ. dϑ = 2 p. 1+ cosϑ 0 Rovnost brzdné a urychlující energie: ϑ 0 tmax 2 ΔΩ = Pe () t. dt = t ( ϑ) max ( ) max max max 0 Tm T ϑ m 0 dt. dϑ dϑ M n. Ω.sin ϑ. Ω n n dϑ

20 Samosynchronizace Stroj se do sítě připojí nenabuzený na otáčkách blízkých synchronním, budící vinutí je zkratováno Vzniká proudový ráz: i k x t u + x Podobné rozběhu asynchronního stroje s kratší dobou trvání rázu (tzv. asynchronní rozběh) d Využití: Při havarijních stavech

21 Pracovní oblast alternátoru Omezení: - Výkon turbíny - Mez podbuzení (ztráta stability) - Oteplení vinutí rotoru - Oteplení vinutí statoru - Oteplení čel statoru - Oteplení rotorového tělesa Parametrické vyjádření pomocí zátěžného úhlu / fázovým posuvem: Omezení výkonem turbíny: p= n = s.cosϕ q= s.sinϕ t Jako komplexní funkce tedy: nt nt j. sˆ = ( cos ϕ j.sin ϕ) =. e ϕ cos cos ϕ ϕ

22 Pracovní oblast alternátoru Omezení budícím proudem: Ki. f max. u e= xad. if = Ki. f p = x Jako komplexní funkce tedy: π j. ϑ 2 f max s 2 s d s.sinϑ q 2 Ki. f max. us Ki. f max. us us sˆ =.sin ϑ j..cos ϑ+ j. = x x x d d d 2 Ki. f max. us π Ki. f max. us π us =.cos ϑ + j..sin ϑ + j. = x 2 x 2 x d d d Ki.. u u =. e + j. x x d Omezení statorovým proudem: ˆ.. j. s = us imax e ϕ d Ki.. u u =.cosϑ x x 2 f max s s d d

23 Stabilita: Pracovní oblast alternátoru Pro stabilní řešení pohybové diferenciální rovnice musí být splněno: Je dána hodnotou ϑ max.uvažujeme-li práci stroje do soustavy neomezeného výkonu: 2 eu. s eu. s us sˆ =.sin ϑmax j..cos ϑmax + j. (přímka s parametrem e) x x x d d d Uvažujeme-li práci stroje do soustavy přes vnější reaktanci xv, je při úhlu mezi svorkovým napětím stroje a napětím soustavy : π x j s d + x ϑ v 2 2 xd x v s s 2. xd. xv 2. xd. xv sˆ = u. e ju. p > 0 ϑ ϑ s (kružnice s parametrem ) ϑ s

24 Pracovní oblast alternátoru Stabilita umělá: Je-li stroj v režimu řízení na ruku bývá ϑ max = 60 S rychlým regulátorem: ϑ max < 90 Charakteristika p ( ϑ ) s uvažováním regulátoru

25 Pracovní oblast alternátoru PQ diagram: