CC BY
36
УДК 629.9:502.14:62-83
А.А. Мурзиков., асп., 8-904-933-55-23,
korn mgn@mail.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ им. Г.И. Носова), Г.П. Корнилов, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой, 8-904-933-55-23, korn mgn@mail.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ им. Г.И. Носова), Т.Р. Храмшин, канд. техн. наук, доц., 8-904-933-55-23, timur.hramshin@mail.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ им. Г.И. Носова), И.А. Дубина, ст. преп., 8-904-933-55-23,
korn_mgn@mail.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ им. Г.И. Носова)
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГЕНЕРАТОРА В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КРУПНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Рассматривается способ, повышающий устойчивость системы электроснабжения, основанный на принципе электрического торможения. Для осуществления данного способа предложено использовать статический компенсатор типа СТАТ-КОМ совместно с тормозным резистором и ключом.
Ключевые слова: турбогенераторы, короткое замыкание, статический компенсатор.
Крупные металлургические предприятий для обеспечения надёжности системы электроснабжения особо ответственных потребителей в своем составе содержат собственные турбогенераторы для выработки электрической энергии при нормальной работе и обеспечения резервного питания в аварийных режимах. Наиболее тяжёлыми условиями работы таких систем является трехфазное короткое замыкание, переход турбогенераторов на автономную работу, внезапные отключения участков электропередач, опасные перегрузки. Описанные выше режимы, как правило, приводят к выпадению турбогенераторов из синхронизма, сопровождаются значительным ухудшением качества напряжения и вызывает большие динамические перегрузки. Кроме того, возможно отключение генератора от параллельной работы, а повторный пуск турбоагрегата приводит к значительным финансовым затратам [1].
Возникновение в энергосистеме коротких замыканий приводит к значительному уменьшению напряжения в сети, вследствие чего электрическая мощность выдаваемая турбогенератором снижается. Так как система автоматического регулирования частоты вращения имеет низкое быстродействие, то мощность первичного двигателя (турбины) остаётся неизменной, что приводит к появлению избыточного крутящего момента, который вызывает ускорение ротора. После отключения короткого замыкания турбоагрегат успевает накопить кинетическую энергию. Электрическая мощность возрастает и становится больше мощности турбины. Начи-
нается процесс торможения ротора, который продолжается до тех пор, пока запасённая кинетическая энергия ротора не будет израсходована полностью. Если энергия торможения окажется меньше кинетической, генератор выйдет из синхронизма [2].
В настоящее время для повышения устойчивости системы электроснабжения применяются автоматические системы управления возбуждением турбогенераторов. Ввиду большой постоянной времени обмотки возбуждения и ограниченной кратности форсировки напряжения данные системы являются достаточно инерционными и, следовательно, малоэффективными.
Для повышения устойчивости синхронных генераторов, работающих параллельно с энергосистемой, во время возникновения короткого замыкания предлагается использовать электрическое торможение роторов. Торможение возможно осуществлять с помощью статического компенсатора типа СТАТКОМ, подключенного параллельно к турбогенератору. СТАТКОМ представляет собой быстродействующий автономный инвертор напряжения, с накопительным конденсатором в звене постоянного тока, присоединенный через трёхфазный реактор к сети переменного тока.
На рис. 1 приведена система электроснабжения подстанции № 87 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Для повышения устойчивости данной системы предлагается применить электрическое торможение для турбогенератора мощностью 30 МВт посредством подключением статического компенсатора типа СТАТКОМ. В приведённой схеме трансформатор Т3 служит для согласования уровней напряжения статического компенсатора и питающей сети.
На рис. 2 приведена структурная схема системы управления статическим компенсатором. Структура системы управления включает два регулятора активной и реактивной составляющих выходного тока, блоки компенсации перекрёстных связей, регуляторы напряжения постоянного тока и переменного тока, блок ограничения напряжения. Синтез регуляторов выполнен с использованием метода подчинённого регулирования координат.
В системе управления имеется переключатель, который осуществляет выбор задания на активную составляющую тока, либо от регулятора напряжения постоянного тока, либо от сигнала, пропорционального ускоряющей мощности турбогенератора. Во втором случае, напряжение контролируется блоком ограничения, который управляет тормозным резистором, а задание на активную составляющую тока выбирается по максимальному току инвертора.
Рис. 1. Схема системы электроснабжения ПС№87 ОАО «ММК»
исеп, АИ ВЯ С0
РН БОЗ
и*.
о
и*,
РТ1Ч Б01
Блок ориентации
О
и.
ККПС2
Б04
1л= Р,.-Рг
—О
РТ и Б02
К,
V н
О
Преобразователь и
координат [3 АВС -> (1ц 4-
ид,
Преобразователь координат — АВС
иа_.
и< ,
Векторный модулятор
& Инвертор
—► 1 |т] 1
—► с. я
|-
Датчик напряжения
Блок ограничения напряженна
\}*Т
Рис. 2. Структурная схема системы управления статическим
компенсатором
В среде MATLAB с применением пакета Simulink было проведено математическое моделирование приведённой выше системы электроснабжения при коротком замыкания на стороне 110 кВ длительностью 0,3 с. В математической модели была учтена система регулирования скорости турбины и система автоматического регулирования возбуждения, замкнутая по напряжению турбогенератора. Мощность СТАТКОМа составляет 10 % от мощности генератора. Результаты моделирования представлены на рис. 3.
1.2 1
0.8 0.6 0.4 0.2 0
и, о.е. ! ! 1 1 1
к.
1 1 1 1 1 1 1 1
1.15 1.1 1.05 1
0.95 0.9 4 3 2 1 0 -1 -2 -3
ш, о.е. 1 ! I
1 i 1
Ртг. О.е. i i i
u Lf Ir ir 1
1 t 1 t 1 1 1 1 1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 t, a
U.o.e ! I I I I I ! I I
—......НП —
I I I I I I I I I
1.8 t, с
б
Рис. 3. Результаты моделирования
На рис. 3 указаны следующие координаты: и - напряжение на секции 10 кВ, 0 - внутренний угол синхронного генератора, ю - скорость ротора, Ртг - мощность турбогенератора. Рассмотрены два варианта: а - без применения б - с применением СТАТКОМа. Параметры переходных процессов представлены в таблице.
Параметры переходных процессов
Параметр переходного процесса Осциллог рамма
а б
Количество асинхронных поворотов ротора турбогенератора 2 0
Время переходного процесса, с 2,2 1,2
Максимальный момент, приложенный к ротору, о.е. 2,45 2
Максимальная скорость ротора турбогенератора, о.е. 1,078 1,035
Полученные результаты показывают, что включение быстродействующего устройства (СТАТКОМ), способного генерировать реактивный ток, и потреблять активный ток, значительно повышает устойчивость турбогенераторов собственных электростанций, устанавливаемых для потребителей особой категории надежности.
Список литературы
1. Гурин Т.С., Маркман Г.З., Харлов Н.Н. Эксплуатационная надёжность турбогенератора в составе систем электроснабжения предприятия. Изв. Томского политехнического университета. 2005. Т. 308. №7.
2. Беркович М.А., Комаров А.Н. , Семёнов В.А. Основы автоматики энергосистем. М.: Энергоиздат, 1981. 432 с.
A. Murzikov, G. Kornilov, T. Xramshin, I. Dubina
Way of generator stability increase in system of the electrical supply of large industrial enterprise
The way raising stability of system of power supply based on a principle of electric braking is considered. For realization of the given way it is offered to use the static jack of type STATCOM together with the brake resistor and a brake key.
Keywords: turbogenerators, short circuit, static compensator.
Получено 06.07.10
