CC BY
16
II УДК 621,316.925
И СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК II ОБОРУДОВАНИЯ НА ПРОЦЕСС И СИНХРОНИЗАЦИИ АВАРИЙНОЙ || ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ
В.А. Бороденко
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
§§§:§ Автоматтьщ синхрондауыш пен генераторльщ ажыратцыиппар
1111 сипаттамаларына цойылатын талаптарды кемтуге жагдай §|§§ жасайтын, дизельвгенераторды жене энергетикальщ жуйет синхрондау fill тэсш усынылган.
¡111 Предложен способ синхронизации дизель-генератора и
энергосистемы, позволяющий снизить требования к характеристикам автоматического синхронизатора и генераторного выключателя.
The way of synchronization ofthe diesel engine-generator and the power supply system is offered, allowing to lower requirements to characteristics of the auto synchronizer and the generating switch.
Система электроснабжения компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов состоит не менее чем из двух подсистем с двумя вводами от энергосистемы, переключаемыми автоматикой включения резервного питания (АВР) на стороне высокого и низкого напряжения. При перерыве питания по одному вводу в соответствии с заложенной в них логикой работают системы АВР высокого напряжения или 0,4 кВ, восстанавливая электроснабжение потребителей от другого ввода энергосистемы. На случай полного прекращения электроснабжения от энергосистемы имеется аварийная станция (дизель-генератор) типа АС 804, АС 814 и т. п., которая автоматически запускается, выходит на рабочий режим через время не более 30 с и обеспечивает питание особо ответственных потребителей 0,4 кВ (цепи КИП и А, маслонасосы уплотнений, циркуляционные насосы). Вывод дизель-генератора на заданные параметры режима (включая частоту напряжения) производится собственной системой регулирования.
№4, 2004 г
31
Электростанция с генератором 0,4/0,23 кВ подключается развилкой на обе секции шин РУ-0,4 кВ КТП Хмельницкого трансформаторного завода. Схемы электрической и технологической автоматики должны в комплексе обеспечивать.
- опробование агрегата и аппаратуры без нагрузки;
- ручное включение агрегата на обесточенные шины одной или двух секций КТП;
- автоматическое отключение агрегата при исчезновении напряжения на шинах 0,4 кВ с предварительным отключением вводных и секционного автоматов КТП;
- длительную работу агрегата с номинальной нагрузкой;
- ручное отключение агрегата от сети при появлении напряжения на вводах КТП с перерывом питания;
- ручное отключение агрегата с предварительной точной синхронизацией генератора под нагрузкой с напряжением сети.
По проекту обратный перевод нагрузки 0,4 кВ с дизель-генератора на энергосистему при восстановлении напряжения на питающих вводах КТП предполагается производить с помощью блока точной синхронизации БТС, поставляемого комплектно с системой управления аварийной станцией СУАС. Практика эксплуатации [1] и проведенные нами исследования показали непригодность используемого БТС для этих целей, прежде всего из-за плохих временных характеристик вводных автоматов 0,4 кВ типа АВМ.
Для автоматов типа АВМ с электродвигательным приводом старой конструкции требуется длительность импульса на включение не более 30 с и не менее 1 с, в противном случае надежное включение не гарантируется. У усовершенствованных автоматических выключателей серии АВМ длительность импульса на включение уменьшена с 1 до 0,5 с [2]. Согласно [3], время включения выключателя с электромеханическим приводом от момента подачи питания на привод до полного включения составляет- на постоянном токе 0,55 с, на переменном токе 0,35 с.
Таким образом, даже без учета разброса временных характеристик автоматов серии АВМ время включения аппарата не менее 0,35 с. Между тем, схема управления БТС предусматривает автоматическое отключение синхронизатора (блокировку действия) при задержке генераторного автомата на включение более 0,2 с [4]. Отсюда видно, что проектным решением не предусмотрено согласование БТС по уставкам с характеристиками вводных и генераторных автоматов серии АВМ, что приводит к неработоспособности схемы.
Кроме того, следует указать на сравнительно низкие возможности и качественные параметры установленного на СУАС блока точной синхронизации. Устройство БТС относится к классу синхронизаторов с постоянным утлом опережения (СПУО), имеющих динамическую ошибку по углу включения [5], поскольку в нем не учитывается величина скольжения и ускорение генератора при синх-
ронизации. Более того, устройство имеет всего две рабочие уставки - в этом синхронизаторе запрещается действие, если частота скольжения превышает 2,8 Гц, выбирается первая уставка по углу опережения в диапазоне скольжения 1,3-2,8 Гц или вторая уставка по углу опережения в диапазоне скольжения 0-1,3 Гц.
Срабатывание синхронизатора должно происходить на спадающей части огибающей напряжения биений при уставках 75 В или 45 В, т. е. значительно менее угла опережения 180° в диапазоне скольжения 1,3-2,8 Гц и менее 60° в диапазоне 0-1,3 Гц. Учитывая, что для времени срабатывания автомата 0,2 с синхронизация разрешается, отметим, что даже предварительный расчет показывает невыполнимость этих условий для существующей конструкции синхронизатора.
Наложение недостатков блока синхронизации и коммутационных аппаратов приводит к тому; что в эксплуатации обратный переход от аварийного электроснабжения на напряжение энергосистемы производится, как правило, с перерывом питания потребителей, синхронизатор выводится из работы.
Заметим, что на агрегатах типа AC 814С для управления частотой вращения при ручной точной синхронизации дизель-генератора с сетью устанавливается механизм управления с реверсивным электродвигателем постоянного тока типа МН-250. Ручная точная синхронизация должна использоваться, согласно документации, как раз при наличии небыстродействующего автомата ввода. Управление электродвигателем может осуществляться дистанционно, следовательно, механизм управления может быть применен для подгонки частоты вращения дизель-генератора при автоматической синхронизации.
В рассматриваемом случае целесообразно использовать способ синхронизации [6], разработанный специально для включения генераторов через коммутационный аппарат с большим нестабильным временем включения. Способ основан на измерении фазовых характеристик напряжений синхронизируемой электрической машины и сети, он обеспечивает меньшую зависимость процесса включения генератора на сеть от параметров устройства синхронизации и коммутационного оборудования.
На рисунке представлены графики изменения разности фаз напряжений в процессе синхронизации генератора, где 1 - изменение угла d, 2 - измеряемая длительность tn, 3 - воздействия на уравнивание частот, 4 - импульс на включение генераторного выключателя.
№4, 2004 г.
33
Рис.1
С момента начала синхронизации (пуска дизель-генератора) измеряют длительность /л изменения угла с1 от противофазы (+180э) до нуля и сравнивают ее с заданным значением 1з, осуществляя тем самым контроль допустимой частоты скольжения. До тех пор, пока 1п < ¿з, т. е. не достигнута заданная зона разности частот, длительность гц воздействий на уравнивание частот определяют в обратной зависимости от 1п, например, по формуле 1и = к/ /я. Указанная функциональная зависимость позволяет, с одной стороны, ускорить разгон генератора в начальный период синхронизации, с другой стороны, снизить скорость и ускорение движения ротора генератора при приближении к допустимой частоте скольжения. Воздействие на уравнивание частот подают после каждого момента с! = 0° совпадения фаз напряжений генератора и сети.
После того, как длительность гв превысит заданное время (момент а), и, следовательно, достигнута желаемая частота скольжения, начинают дозировать управляющее воздействие на уравнивание частот следующим образом: формируют регулирующее воздействие от момента совпадения фаз до момента изменения знака скорости ¿5 / дй, т. е. производной угла с1 (момент Ь). Продолжающееся, холя и сниженными темпами, увеличение скорости вращения генератора приводит к достижению состояния, когда частоты генератора и энергосистемы уравниваются (это и соответствует момету Ь), после чего частота генератора начинает превышать частспу сети. Значение утла (1 начинает уменьшаться и воздействие на увеличение частоты снимается. В момент достижения <1 = 0° начинает формироваться воздействие на торможение генератора, поэтому, холя значение утла (1 по инерции немного возрастает, но затем оно снова устремится к нулю. Одновременно, в этот же момент совпадения фаз напряжений подается импульс на вклкнение генераторного выключателя, что может производиться как с помощью автоматического синхронизатора, так и вручную.
Благодаря разработанному алгоритму функционирования с момента b угол d уже не выходит из допу стимой зоны вблизи d = 0°, и в момент совпадения фаз можно полагать, что одновременно выполняются условия точной синхронизации d » 0° и /с » /г. Поскольку состояние d » 0° принудительно удерживается в течение достаточно длительного промежутка времени, влияние временных характеристик выключателя и точностных характеристик синхронизатора на процесс объединения АС и энергосистемы существенно уменьшается.
Реализация способа на КС в случае перехода к схеме нормального электроснабжения характеризуется тем, что синхронизация производится не через генераторный выключатель, а через выключатели (автоматы 0,4 кВ) вводов энергосистемы, т. к. автономная электростанция уже подключена к шинам потребителя и находится в рабочем режиме под нагрузкой. Следовательно, необходимость в операциях разгона генератора до подсинхронной скорости отсутствует, реализуется лишь процесс ввода генератора в допустимую зону изменения утла d. При плановых отключениях вводов энергосистемы с предварительным переводом потребителей особой группы на аварийную электростанцию без перерыва питания способ синхронизации применяется в полном объеме.
Описанный способ может использоваться и в других системах электроснабжения, например, судовых. Он позволяет существенно снизить требования к точности работы автоматического синхронизатора и разбросу временных характеристик генераторного выключателя. Способ не требует измерения фактических значений частот генератора, сети, или частоты скольжения. Возможен также отказ от тех элементов синхронизатора, которые предназначены для выбора угла опережения.
ЛИТЕРАТУРА
1 Беляев А. В., Жарков Б. А. Схемы подключения и автоматика аварийных дизель-генераторов для питания особых групп потребителей. - Промышленная энергетика, №6,1981, с.21-25.
2 Алексеев В. И. Совершенствование автоматических выключателей серии АВМ. - Электротехн. пром-ть. Сер. Аппараты низкого напряжения. - М.: Ин-формэлектро, 1980, вып. 2(87), с. 18-20.
3 Справочник по наладке электроустановок / Под ред. А. С. Дорофеюка, А. П. Хечумяна. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1976. - 560 с.
4 Электростанции дизельные автоматизированные АС 806/1, АС 814/1, АС 804/1. Руководство по устройству и эксплуатации. Часть 1. Техническое описание АС 806, 814, 804 РЭ, выпуск 3.
5 Овчаренко Н. И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем. - М. Изд-во НЦ ЭНАС, 2000. - 504 с.
6 Бороденко В. А., Бороденко Г Н., Соловьев А. В. Способ включения возбужденного генератора на параллельную работу с сетью // А. с. 1536478 (СССР), опубл. в Б. И. №39, 1991
