Provozní vlastnosti THYRISIEM DD je plně digitální budicí soustava pro synchronní generátory s rotačními budicími prvky, např. s rotačními diodami. Budicí soustava THYRISIEM DD byla dimenzována pro budicí proudy do 200 A. Budicí soustava se vyznačuje těmito vlastnostmi: Vysoká spolehlivost Vysoká pohotovost Dobré regulační charakteristiky Velmi rychlá regulace Dobrá přizpůsobivost Robustní provedení Malé nároky na údržbu Uživatelsky přívětivý hardware a software ve spojení s přizpůsobitelnými vstupními a výstupními prvky poskytuje uživateli další nové možnosti v těchto činnostech: Ovládání (nastavování parametrů) Monitorování Protokolování Zkoušení Vyhledávání poruch (závad) pomocí dálkové diagnostiky (volitelně) Uvádění do provozu Standardní zapojení Napájecí energie pro regulátor napětí se standardně může odebírat z pomocného budiče s trvalým magnetem, z pomocného vinutí na statoru generátoru nebo z budicího transformátoru. Tento budicí transformátor může být buď připojen na svorky synchronního generátoru nebo může být napájen ze sítě vlastní spotřeby (viz obr. 2). Regulátor je dvoukanálový a je navržen jako volně programovatelný digitální regulační systém. Tento systém je zejména vhodný pro rychlé regulační a řídicí úkony se vzorkovacím (snímacím) kmitočtem (paměťovým cyklem) do 1 ms. Regulátor napětí THYRISIEM DD obsahuje dva navzájem nezávislé regulační kanály a dva plně řízené tyristorové můstky jako měničové prvky. Při tomto dvoukanálovém uspořádání je každému regulačnímu kanálu přiřazena část výkonu. Každou z těchto částí se může napájet budicí vinutí hlavního budiče. Druhý kanál je určen jako záložní a při výpadku aktivního kanálu může převzít celý budicí výkon. Systém obsahuje rozhraní pro analogové a binární vstupy a výstupy. K jejich implementaci slouží analogové a digitální moduly. Speciální moduly pro interface umožňují propojení mezi budicí soustavou a centrálním řídicím místem (dozornou) a ovládání z tohoto místa. Standardně se dodává řídicí technika uzpůsobená pro připojení pomocí přípojnic (Profibus SINEC L2 nebo SINEC H1). Software určený pro potřeby systému se konfiguruje pomocí uživatelsky přívětivého konfiguračního jazyku vycházejícího z běžných funkčních diagramů. Je tak možné provádět změny nebo rozšiřování budicího systému THYRISIEM DD pouze přizpůsobením softwaru, bez větších změn v hardwaru. Modulární koncepce a snadný přístup ke všem prvkům usnadňují zpracování všech funkcí a parametrů důležitých pro optimalizaci regulátoru, a to jak při uvádění do provozu, tak při servisu. Budicí soustava THYRISIEM DD je zabudována do standardních skříní, speciálně navržených pro elektronické řídicí a regulační systémy a příslušnou výkonovou elektroniku. Obr. 1 Obslužný panel pro místní ovládání 2 THYRISIEM DD
Hlavní prvky Tyristorový usměrňovač (měnič) Měniče jsou namontovány v oddělené skříni. Odbuzení se normálně provede elektronicky ve střídačovém režimu, tzn. pomocí regulátoru se kumutací napětí na budicím vinutí hlavního budiče dosáhne rychlého utlumení proudu. Následně dojde k vypnutí vypínače v přívodu, čímž se napájení měniče přeruší. Vypínač slouží jako záloha pro elektronické odbuzení. Měniče se mohou napájet přes pomocný budič, pomocné vinutí na statoru generátoru nebo budicí transformátor. Výkonová část obsahuje ss. přepěťovou ochranu a odbuzovací zařízení. Řídicí a regulační elektronika Oba regulační kanály jsou instalovány v oddělených rámech. Každý kanál obsahuje automatickou regulaci napětí generátoru se všemi omezovači nezbytnými pro zajištění bezpečného provozu generátoru v rámci přípustných mezí. Neaktivní druhý kanál se průběžně aktualizuje a při výpadku prvního kanálu automaticky převezme jeho funkci (obr. 3). Každý kanál se může místně přepnout na ruční režim (regulace budicího proudu). Obr. 3 Montážní rámy pro budicí soustavu, kanál 1 a kanál 2 Obr. 2 Schéma zapojení budicí soustavy se dvěma kanály 3 THYRISIEM DD
Způsob činnosti Budicí soustava je standardně vybavena dvěma zcela redundantními regulátory napětí. Kanál pro automatickou regulaci 1 (kanál pro automatickou regulaci 2) (Automatický regulátor napětí) V automatickém regulátoru napětí se skutečná hodnota napětí generátoru porovnává s nastavitelnou referenční hodnotou. Po porovnání s výstupem omezovače buzení se signál přivede na vstup digitálního regulátoru napětí. Jedná se o PI regulátor napětí. Lze přitom nastavit jak zesílení (zisk), tak dynamické chování. Z výstupu regulátoru jsou přímo řízeny impulsy pro zapálení tyristorů. Zvolený kanál pracuje jako hlavní kanál, druhý je záložní (master slave). Provádí se v nich sběr naměřených hodnot, nastavování referenčních hodnot, kontrola a monitorování sloužící pro: regulaci napětí generátoru omezování výstupního proudu tyristorového měniče (regulátor budicího proudu) nebo omezování maximálního proudu omezování buzení v rozsahu podbuzení (limitace podbuzení) časově zpožděné omezování buzení pro rozsah přebuzení (limitace přebuzení) pro rotor generátoru časově zpožděné omezování statorového proudu. Ruční kanál jako P-regulátor umožňuje zaznamenávat charakteristiky generátoru a chování generátoru při zkratu, aby bylo možno při uvádění do provozu a při revizích nastavit ochrany. Pomocí tohoto kanálu se také může regulovat buzení generátoru při poruše v kanálu pro automatickou regulaci. Při provozu automatického kanálu se nastavitelné referenční hodnoty v záložním automatickém kanálu, případně v ručním kanálu plynule aktualizují, aby v případě poruchy bylo zajištěno rychlé přepnutí na záložní kanál bez náhlých změn v buzení. Přepnutí se provede automaticky na základě zapůsobení některých pojistek jističů nebo při výpadku hlavního kanálu pro automatickou regulaci. Jakmile je porucha odstraněna, může se regulace znovu ručně přepnout na příslušný kanál pro automatickou regulaci. Volitelně: Stabilizátor soustavy (PSS) Druhá charakteristika pro limitaci podbuzení limitace U/f Regulace jalového výkonu nebo cos ϕ Ruční kanál (regulátor budicího proudu) Nastavená referenční hodnota se přefiltruje a porovná se skutečnou hodnotou budicího proudu. Tyristory jsou řízeny přes regulátor proudu (P-regulátor). Ruční kanál je integrován do kanálů pro automatickou regulaci. Při plné redundanci pracují oba dva automatické kanály zálohovaně. Jeden je hlavní, druhý je záložní (master slave) a je s prvním kanálem synchronizován. Trvalé synchronizace mezi oběma kanály regulátoru napětí se dosáhne tím, že se nastavená hodnota napětí generátoru, uložená v záložním kanálu, průběžně aktualizuje. Interně vypočtené proměnné se podrobí korekci a všechny zadané parametry se porovnají s hodnotami naměřenými v regulovaném systému. Bezporuchová funkce regulátoru napětí je zajištěna jednak monitorováním vstupů a výstupů (např. monitorováním napájecího napětí), jednak pomocí vhodných opatření v oblasti hardwaru a softwaru digitálního systému. Týká se to funkcí pro vlastní monitorování systému pomocí standardního softwaru pro diagnostiku, a pro kontrolu vstupních a výstupních hodnot a proměnných vypočtených pomocí interního softwaru. Parní hnědouhelná elektrárna Niederaussem, Německo 2 budicí soustavy THYRISIEM 2 780 MVA pro bloky G a H, 1 budicí soustava THYRISIEM pro generátor 1223 MVA nejpokročilejší a největší hnědouhelné elektrárny na světě, blok K 4 THYRISIEM DD
Obr. 4 Struktura softwaru pro digitální regulátor napětí Struktura regulace Struktura regulace prováděné automatickým regulátorem napětí je znázorněna na obr. 4. Transformátory proudu a napětí na svorkách generátoru poskytují hodnoty pro dvě proměnné veličiny vztahující se ke statoru UG a IG, ze kterých se pak v reálném čase vypočtou všechny ostatní veličiny pomocí funkce zpracování skutečných hodnot. Regulátor napětí generátoru bere v úvahu následující vlivy: snížení jalového výkonu omezování přebuzení omezování podbuzení omezování proudu rotoru omezování nadproudů (pevná hodnota) Funkce generování U vypočte odchylku napětí. Přitom se zohlední kompenzace závislá na jalovém proudu (statika). Omezení podbuzení se vypočte jako druhá odchylka vzhledem ke zvolené maximální limitaci. Pro zkušební účely se charakteristika limitace podbuzení může zrcadlově zobrazit v rozsahu přebuzení, takže je možné přezkoušet funkci a nastavení tohoto důležitého omezování aniž se riskuje zapůsobení ochrany proti podbuzení. Pomocí funkce limitace budicího proudu se určí maximum pro regulátor napětí. Rozhodující je přitom jedna z těchto proměnných: omezení proudu rotoru, omezení maximálního proudu (podle funkce limitace přebuzení nebo podle zadání referenční hodnoty budicího proudu). Referenční hodnota regulátoru napětí se nastaví buď na základě povelu zvýšit/snížit nebo pomocí synchronizátoru. Takto nastavená hodnota se podle potřeby upraví pomocí funkce Regulátor jalového výkonu/cos ϕ nebo omezením statorového proudu. Tato korigovaná referenční hodnota napětí se pak použije pro limitaci nastavovaných referenčních hodnot a případně pro omezení U/f. Funkce automatická regulace napětí může být také ovlivňována funkcí PSS, která se dodává na přání. 5 THYRISIEM DD
Omezování Omezování podbuzení Zvýšením napětí generátoru se jalový výkon koriguje tak, že se při překročení limitní charakteristiky v oblasti podbuzení pracovní bod znovu vrátí na tuto charakteristiku ještě předtím, než nepřípustný provozní stav způsobí odstavení stroje ochranou proti podbuzení. Omezování přebuzení Omezovač přebuzení po určitou dobu toleruje budicí proudy s hodnotami mezi vyrovnávacím proudem budicí soustavy (I E = faktor*i fn ) a maximálním buzením (nárazové buzení, cca 150%), aby generátor mohl podporovat síť při krátkodobých poklesech napětí v síti. Doba trvání překročení a následné snížení na hodnotu, která vyloučí tepelné přetížení budicího vinutí, se zajistí tímto způsobem: pevná limitace přebuzení kontrolovaná pomocí charakteristiky Omezování rotorového proudu Úkolem omezovače rotorového proudu jako součásti celkové limitace přebuzení je omezovat budicí proud na maximální přípustnou hodnotu. Omezování statorového proudu Tento omezovač má vliv na polohu pracovních bodů uvnitř výkonové charakteristiky generátoru (viz obr. 5). Jeho úkolem je zabránit tepelnému přetížení statoru generátoru vlivem jalového výkonu při zvýšeném činném výkonu. Omezovač statorového proudu také po určitou dobu toleruje zvýšené hodnoty buzení, aby generátor mohl podporovat síť. Obr. 5 Typická výkonová charakteristika Obr. 6 Časově zpožděné omezování přebuzení 6 THYRISIEM DD
Omezování U/f V důsledku velkého kolísání kmitočtu v síti může dojít k výpadku velkých transformátorů vlivem tepelného přetížení způsobeného vířivými proudy. Aby elektrárna zůstala připojena k síti i při velkých kolapsech kmitočtu, sníží se napětí současně s kmitočtem (limitace U/f). Toto omezení tak chrání blokový transformátor před nasycením. Obr. 7 Omezování U/f Sestava skříní Budicí soustava typu THYRISIEM DD se standardně skládá ze tří skříní, každá o šířce 600 mm. V 1. skříni jsou umístěny oba rámy pro regulační prvky a svorkovnice, ve 2. a 3. skříni jsou instalovány výkonové části se spínači a pojistkami. Obr. 8 Vnitřní uspořádání skříní THYRISIEM DD pohled zpředu Obr. 9 Vnitřní uspořádání skříní THYRISIEM DD pohled zezadu 7 THYRISIEM DD
Technická data THYRISIEM DD Napíjecí napětí Váha: Dovolená okolní teplota: Z přípojnice vn: 400 V ± 10% 50/60 Hz ± 2% Generátor s trvalým magnetem: 240 V +0/-20% 400/420 Hz nebo 150/180 Hz ± 10% 1200 kg se zálohovanou výkonovou částí (standardně) 800 kg s nezálohovanou výkonovou částí (volitelně) Během provozu: 0 C až +40 C Během skladování a přepravy: -25 C až +70 C Dovolená vlhkost: 85% Nadmořská výška instalace: Krytí: Normy: 1000 m nad mořem Při nadmořské výšce vyšší než 1000 m se jmenovitý proud musí snížit o 5% každých 300 m. Při nadmořské výšce nad 2000 m se musí snížit napětí. IP31 Budicí soustava THYRISIEM DD byla dimenzována a navržena v souladu s normami IEC, VDE a DIN. Schwarze Pumpe, Německo, jedna z nejpokročilejších hnědouhelných elektráren na světě: 2 budicí soustavy THYRISIEM 2 1000 MVA Parní elektrárna Paiton II, 5 + 6 Jawa Power, Indonesie: 2 budicí soustavy THYRISIEM 2 789 MVA
V r. 2004 vydal a copyright získal: Siemens AG Power Generation Freyeslebenstrasse 1 91058 Erlangen, Germany fax: 0049-9131-18-4369 www.siemens.com/powergeneration 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 160 00 Praha 6 Tel.: +420 541 191 753 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, 616 00, Brno.