АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЕМ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ

КОРОТКОВ ВЛАДИМИР ФЕДОРОВИЧ

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЕМ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Синхронный генератор как объект управления по напряжению и реактивной мощности

Системы возбуждения синхронных генераторов

Автоматическое регулирование возбуждения синхронных генераторов

Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности электрической станции

Введение с краткой исторической справкой

Автоматическое управление режимами работы синхронных генераторов (СГ) и электрических станций по напряжению и реактивной мощности является одной из важнейших научно-технических задач современной электроэнергетики, решение которой способствует обеспечению надежности, устойчивости и экономичности единого технологического процесса выработки и передачи (в первую очередь), а также распределения и потребления (в определенной степени) электрической энергии как конечного продукта соответствующего качества. Ведущая роль в решении этой задачи отводится автоматическому регулированию возбуждения СГ.

Известно, что уровень напряжения в каком-либо узле электрической сети, например на шинах электрической станции, определяется балансом реактивной мощности в этом узле. Приходной частью этого баланса является реактивная мощность, поступающая к этому узлу от какого-либо источника (генерируемая), а расходной - отходящая от узла (потребляемая). Понятия «генерируемая» и «потребляемая» в определенном смысле являются условными, т. к. в течение периода переменного синусоидального тока мгновенная реактивная мощность дважды меняет направление (от источника к приемнику и наоборот), и среднее значение ее за период равно нулю. Однако принято условно считать, что источник генерирует, а приемник потребляет положительную реактивную мощность, если ток отстает по фазе от напряжения. И наоборот, источник генерирует отрицательную реактивную мощность, т.е. как бы потребляет ее, если ток опережает по фазе напряжение. При этом приемник выступает в роли источника.

Основными, но не единственными источниками реактивной мощности в электроэнергетической системе являются СГ электрических станций. При этом величина и знак реактивной мощности генератора зависят от величины тока возбуждения.

Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели и трансформаторы, обладающие индуктивно- стями намагничивания и рассеяния обмоток.

Если в каком-либо узле произойдет нарушение баланса между генерируемой и потребляемой реактивной мощностью, то напряжение в этом узле начнет изменяться. Процесс изменения напряжения будет продолжаться до тех пор, пока баланс вновь не восстановится, но уже, как правило, при новом уровне напряжения, несколько отличающемся от исходного значения. Возможность восстановления баланса обусловлена тем, что при изменении напряжения меняются и генерируемая и потребляемая реактивные мощности. Изменение генерируемой мощности происходит прежде всего за счет действия автоматических регуляторов возбуждения (АРВ), изменяющих ток возбуждения СГ при отклонениях напряжения на выводах от заданного значения. Изменение потребляемой реактивной мощности происходит за счет так называемого регулирующего эффекта нагрузки.

Возможны также случаи, когда при снижении напряжения в узле новое условие баланса реактивной мощности не создается, например при значительном его нарушении. В таких случаях возникает явление лавины напряжения.

Оснащение СГ эффективными АРВ не только способствует стабилизации напряжения в электроэнергетической системе, но и снижает вероятность возникновения лавины напряжения.

Потребность в автоматическом регулировании возбуждения возникла одновременно с началом первого практического использования СГ в качестве источников переменного (сначала однофазного, а затем трехфазного) тока для нужд промышленности и населения. В первую очередь это было связано с необходимостью обеспечения постоянного уровня напряжения на выводах генератора, сильно зависящего от величины меняющейся во времени нагрузки. Стабилизация напряжения на выводах генератора при изменяющейся нагрузке являлась основной и единственной для того времени функцией АРВ, называвшегося поэтому автоматическим регулятором напряжения (АРН).

Для осуществления АРН использовались известные в то время принципы регулирования по возмущению и по отклонению.

Одним из первых наиболее пригодных для практического использования АРН по возмущению (току нагрузки) трехфазного СГ было так называемое устройство компаундирования, предложенное в 1902 г. М. О. Доливо-Добровольским [1]. Принцип работы такого устройства заключался в дополнительной подпитке обмотки возбуждения СГ или возбудителя выпрямленным током, пропорциональным току статора СГ, что позволяло компенсировать снижение напряжения, вызванное увеличением нагрузки. В качестве возбудителя использовалась машина (генератор) постоянного тока, впервые предложенная для этой цели П. Н. Яблочкиным и получившая впоследствии в этом качестве массовое всемирное распространение. Выпрямление переменного тока осуществлялось малоэффективными алюминиевыми электролитическими выпрямителями. По причине несовершенства выпрямителей компаундирование СГ не получило широкого распространения в те годы.

АРН, работающие по принципу отклонения напряжения, появляются и довольно широко начинают применяться уже в начале 20-х гг. прошлого века. Первоначально они рассматривались только в качестве устройств, облегчающих работу дежурного персонала по поддержанию требуемого уровня напряжения. Задачи по улучшению устойчивости параллельной работы СГ перед ними не ставились.

Характерными примерами первых АРН по отклонению напряжения могут быть следующие регуляторы[2]:

1. угольные и реостатные, обеспечивающие плавное изменение сопротивления цепи самовозбуждения возбудителя СГ;

2. вибрационно-импульсные;

3. реостатно-импульсные.

Принцип действия угольного регулятора, выпускавшегося Чебоксарским заводом Министерства электротехнической промышленности (МЭП) бывшего СССР, заключался в следующем.

В цепь самовозбуждения возбудителя включалось сопротивление в виде угольного столба, находящегося под механическим давлением, обусловленным силой сжатия пружины. Этой силе противодействовала сила электромагнита, на обмотку которого подавалось напряжение с выводов генератора. При некотором значении напряжения эти силы уравновешивались. При снижении напряжения сила электромагнита уменьшалась и давление на угольный столб увеличивалось, что приводило к уменьшению его сопротивления и, следовательно, увеличению тока возбуждения возбудителя, генератора и напряжения на его выводах.

Реостатные регуляторы выпускались фирмой Броун-Бовери, и их действие заключалось в механическом перемещении скользящего контакта реостата в цепи самовозбуждения возбудителя за счет электромагнитной силы, действующей на специальный поворотный барабан и зависящей от напряжения СГ.

В вибрационно-импульсных регуляторах с помощью специального электромеханического устройства производилось периодическое кратковременное закорачивание (полностью или частично) реостата в цепи самовозбуждения возбудителя. Причем соотношение интервалов замкнутого и разомкнутого состояния контактов, закорачивающих реостат, определялось уровнем напряжения СГ. В результате среднее значение тока возбуждения возбудителя и, следовательно, тока возбуждения СГ получилось зависимым от его напряжения.

Примером реостатно-импульсного АРН может служить регулятор СН-91 завода ХЭМЗ, получивший в свое время широкое распространение на электрических станциях СССР. Регулирование напряжения СГ осуществлялось путем импульсного перемещения скользящего контакта реостата в цепи самовозбуждения возбудителя, причем продолжительность импульсов перемещения устанавливалась пропорциональной отклонению напряжения СГ от заданного значения (время- импульсный принцип).

Рассмотренные типы регуляторов были недостаточно совершенны по принципам действия, по надежности и быстродействию. При создании электроэнергетических систем путем соединения линиями электропередачи отдельных электрических станций возникла проблема устойчивости параллельной работы станций. В целях обеспечения устойчивости к АРН стали предъявляться более высокие требования. Удовлетворению этих требований в определенной степени способствовало развитие электронно-вакуумной техники. На смену электромеханическим АРН пришли электронные. В качестве примеров можно привести следующие типы таких регуляторов[2]:

4. односистемный электронно-ионный регулятор типа РНЭ Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ) (разработчик Г. Р. Герценберг.);

5. двухсистемный электронно-ионный регулятор напряжения ВЭИ-МЭП.

В этих регуляторах отсутствовали подвижные электромеханические устройства, а реализация регулирующих воздействий осуществлялась не путем изменения сопротивления в цепи обмотки самовозбуждения возбудителя, а путем создания дополнительного возбуждения возбудителя током выхода регулятора. За счет этого не только повышалась надежность действия системы регулирования, но и, что особенно было важно, быстродействие.

До конца 30-х гг. прошлого столетия АРН использовались в основном для регулирования напряжения СГ в нормальных эксплутаци- онных режимах. Величина тока возбуждения СГ при этом, как правило, не выходила за пределы номинальных значений. Иногда регуляторы даже снабжались специальными токоограничителями, которые снимали возбуждение генераторов при возрастании тока статора до значений выше номинального, в частности при коротких замыканиях (КЗ). Исследования, выполненные под руководством Технического управления Министерства электрических станций СССР (И. А. Сыромятников), и опыт эксплуатации, накопленный энергосистемами Советского Союза, показали, что в аварийных условиях, и в частности при КЗ в электрической сети, ток возбуждения СГ следует не только не ограничивать, но, наоборот, быстро увеличивать до максимально возможного значения, осуществляя так называемую форси- ровку возбуждения [3]. Форсировка возбуждения синхронных машин, а также применение АРН без зоны нечувствительности позволяют существенно повысить динамическую устойчивость параллельной работы СГ и электрических станций в электроэнергетической системе, а также пределы мощности, передаваемой в систему по линиям большой протяженности. Указанные задачи теоретически и практически были решены в СССР еще в 1937 г. (С. А. Лебедев, П. С. Жданов, И. М. Маркович и др.). Начиная с этого времени, функции, возлагаемые на АРН, существенно расширились и стали следующими [2]:

6. поддержание постоянного (заданного) уровня напряжения в энергосистеме в нормальных условиях ее работы;

7. повышение устойчивости параллельной работы генераторов энергосистемы при КЗ в сети и при аварийных отключениях источников реактивной мощности;

8. повышение пределов мощности, передаваемой в энергосистему по сильно нагруженным линиям большой протяженности;

9. повышение надежности действия релейной защиты за счет увеличения токов КЗ.

Для того чтобы подчеркнуть возникшую многофункциональность АРН, в электроэнергетике появилось новое, сохранившееся до настоящего времени понятие - автоматическое регулирование возбуждения, для которого автоматическое регулирование напряжения СГ является лишь одной из многих функций.

Широкое внедрение АРВ пропорционального действия и устройств форсировки возбуждения генераторов в советских энергосистемах явилось одной из наиболее эффективных мер по повышению надежности работы энергосистем. Значительно повысилась статическая и динамическая устойчивость энергосистем, практически полностью были устранены аварии типа «лавины» напряжения, создалась возможность широкого использования несинхронных включений, во многих случаях стали допустимыми кратковременные асинхронные режимы и облегчилась ресинхронизация генераторов, существенно улучшилось поддержание напряжения в нормальных и аварийных режимах энергосистем.

Особенно велика была роль регуляторов возбуждения СГ во время Великой Отечественной войны, когда промышленность страны была перебазирована в восточные области, энергосистемы которых работали со значительной перегрузкой. В этих тяжелых условиях внедрение автоматического регулирования возбуждения, наряду с другими методами повышения надежности систем, такими как автоматическое повторное включение, автоматическая частотная разгрузка, самозапуск электродвигателей и др., позволило сократить количество системных аварий. Так, например, много аварий было в Уральской энергосистеме. В 1943 г. там произошли 33 аварии с нарушением устойчивости. После проведения указанных выше мероприятий количество таких аварий упало до двух в 1944 г., а в 1945 г. уже не было ни одной такой аварии [4].

В конце 40-х - начале 50-х гг. ХХ в. советскими специалистами ряда научных учреждений (В. Л. Иносовым, С. А. Лебедевым, В. М. Хрущевым, Л. В. Цукерником), а также энергосистем Урала (А. П. Петраковым) и Мосэнерго (М. А. Берковичем, Н. И. Соколовым, Н. В. Чернобрововым), Технического управления МЭС (И. А. Сыромятниковым) и др. проделана большая работа по оснащению СГ практически всех электростанций СССР высокоэффективными и надежными устройствами компаундирования с селеновыми выпрямителями. Институтом электротехники (позднее электродинамики) Академии наук Украинской СССР (В. Л. Иносов, Л. В. Цукерник) был разработан электромагнитный корректор напряжения на базе высоконадежных магнитных усилителей. Использование корректора совместно с устройством компаундирования позволило реализовать комбинированный принцип регулирования, удачно сочетающий достоинства регулирования по возмущению (компаундирование) и регулирования по отклонению (коррекция напряжения) и взаимно нейтрализующий их недостатки.

Устройства компаундирования с электромагнитным корректором напряжения и устройством релейной форсировки возбуждения длительное время выпускались заводом «Электросила» в виде панели ЭПА-305 и др., которыми оснащались СГ с электромашинными возбудителями постоянного тока.

В 1956 г. Институтом электротехники АН УССР было разработано устройство управляемого фазового компаундирования, которое выпускалось промышленностью в виде регулятора РВА-62 для турбогенераторов мощностью до 100 Мвт с электромашинным возбудителем постоянного тока. По сравнению с ЭПА-305 регулятор РВА-62 имеет меньшие габариты, потребляет меньшую мощность от измерительных трансформаторов напряжения и имеет некоторые другие преимущества.

АРВ типов ЭПА-305 и РВА-62 в настоящее время сняты с производства, но еще находятся в эксплуатации на ряде электрических станций относительно небольшой мощности, преимущественно старой постройки.

Еще в начале 50-х гг. развернулось строительство мощных гидравлических и тепловых электрических станций. Одновременно электротехнической промышленностью осваивался выпуск турбо- и гидрогенераторов большой мощности с непосредственным охлаждением обмоток статора и ротора. Для мощных турбогенераторов при частоте вращения ротора 3000 об/мин стало технически невозможным применение электромашинных возбудителей постоянного тока. Кроме того, использование мощных турбо- и гидрогенераторов выдвинуло более жесткие требования к возбудителям по быстродействию и форсиро- вочной способности. Ужесточились требования и к регуляторам возбуждения. Возникла серьезная проблема разработки новых видов возбудителей и АРВ.

Для турбогенераторов мощностью 200 Мвт и более заводом «Электросила» был освоен выпуск так называемых высокочастотных систем возбуждения, в которых в качестве возбудителя использовался генератор переменного тока повышенной частоты индукторного типа, не имеющий обмоток на роторе [5]. В качестве АРВ для таких генераторов этим же заводом стала выпускаться панель автоматики ЭПА-325, реализующая функцию регулятора пропорционального типа по отклонению напряжения. Основной элементной базой регулятора были магнитные усилители и твердые неуправляемые выпрямители, что определило высокую степень его надежности. Кроме традиционных функций регулятор выполнял ряд дополнительных, в частности защитных, функций, т.е. был многофункциональным устройством. Указанные возбудители и АРВ успешно эксплуатируются до настоящего времени на многих электрических станциях России и стран СНГ с турбогенераторами серии ТВВ.

Для гидрогенераторов мощных гидравлических станций, обычно связанных с потребителями электрической энергии линиями электропередачи значительной протяженности, первостепенное значение стало приобретать быстродействие систем возбуждения. Это прежде всего относится к вопросам устойчивости, поскольку эта проблема при больших протяженностях электрических сетей высоких напряжений имела особенно важное значение для Советского Союза, а ныне имеет для России. Этим, в частности, объясняется то, что именно в СССР были впервые разработаны и успешно применены ионные системы возбуждения, и прежде всего для мощных гидрогенераторов, выдающих мощность через длинные линии электропередачи. Эти системы возбуждения были применены на гидрогенераторах волжских ГЭС, а также Братской, Асуанской и Красноярской ГЭС. Позднее ионные системы возбуждения стали применяться и на крупных турбогенераторах.

За работы по созданию и внедрению ионных систем возбуждения авторский коллектив в 1968 г. был удостоен Государственной премии СССР [6].

Одновременно с разработкой ионных систем возбуждения велась разработка новых, более совершенных регуляторов возбуждения, получивших название регуляторов возбуждения сильного действия.

Работы по созданию таких регуляторов в СССР были начаты еще в предвоенные годы. После перерыва, обусловленного Великой Отечественной войной, работы по сильному регулированию возбуждения были возобновлены в ВЭИ, ВНИИЭ, Институте автоматики АН СССР, ИЭ АН УССР, МЭИ [4].

Первый АРВ сильного действия на электронных лампах был создан в конце 50-х гг. для регулирования возбуждения гидрогенераторов Волжской ГЭС им. В. И. Ленина [4, 7]. Он имел пропорционально- дифференциальный закон регулирования напряжения и использовал в качестве параметров стабилизации первую и вторую производные тока линии или среднего тока параллельно работающих генераторов. Последовавшие за этим разработки были направлены на совершенствование структуры и конструкции регуляторов, повышение надежности их работы. Предпочтение было отдано стабилизации по изменению и первой производной частоты напряжения генератора, что позволило значительно упростить схему подключения и условия эксплуатации регулятора, сделав его не зависимым от коммутации в первичной схеме станции. Наиболее удачным на то время оказался регулятор, разработанный в ВЭИ под руководством Г. Р. Герценберга. За эту разработку коллектив авторов в 1961 г. был удостоен Ленинской премии.

Для повышения надежности усилители на электронных лампах были заменены быстродействующими магнитными усилителями. АРВ сильного действия на магнитных усилителях со стабилизацией по изменению и по производной частоты были внедрены на Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС, Братской и Асуанской ГЭС.

В работах по созданию и внедрению регуляторов возбуждения сильного действия помимо ВЭИ принимали участие коллективы ряда научно-исследовательских институтов, наладочных организаций и работников эксплуатации (ВНИИЭ, МЭИ, ИАТ, ЭНИН АН СССР, НИИПТ, ОДУЕЭС, ОРГРЭС, ТЭП, Волжская ГЭС им. В. И. Ленина, Волжская ГЭС им. XXII съезда КПСС, Энергосистемы: Московская, Куйбышевская и др.) [4].

В начале 70-х гг. был создан унифицированный регулятор возбуждения сильного действия АРВ-СД для всех типов синхронных машин (гидрогенераторов, турбогенераторов и синхронных компенсаторов). Серийный выпуск его продолжался до 1983 г.

Использование ионных возбудителей было сопряжено с рядом проблем технического и экологического характера. Ионные (ртутные) выпрямители требовали сложного обслуживания, а токсичные пары ртути создавали вредные условия труда для обслуживающего персонала. Поэтому сразу после того, как электротехническая промышленность освоила выпуск твердых управляемых вентилей (тиристоров) соответствующей мощности, приказом Министра Энергетики и электрификации СССР П. С. Непорожнего предписывалось все ионные системы возбуждения заменить тиристорными системами. В соответствии с этим приказом, к 1977 г. ионные системы возбуждения исчезли на всех электростанциях СССР.

Рост единичной мощности синхронных генераторов с непосредственным охлаждением обмоток сопровождался резким увеличением мощности и, в частности, токов возбуждения. Номинальные токи возбуждения крупных турбогенераторов достигли 4000 - 8000А. Такие токи стало сложно коммутировать с помощью скользящих контактов в виде контактных колец на валу генератора и щеточного аппарата. Появилась необходимость в создании так называемой бесщеточной системы возбуждения.

Идея бесщеточного возбуждения впервые была высказана еще в 1927 г. [6].

В связи с тем, что в СССР работы в области создания и внедрения бесщеточных систем возбуждения турбогенераторов были начаты позднее, чем за рубежом, возникла трудная научно-техническая проблема: не повторить решения зарубежных фирм, а разработать более совершенные системы возбуждения, с тем чтобы осуществить их внедрение на блоках мощностью 300 МВт и создать таким образом основу для разработки бесщеточного возбудителя турбогенератора мощностью 1200 МВт.

Опытно-промышленный образец бесщеточной системы возбуждения турбогенератора ТВВ-320-2 был пущен в эксплуатацию в 1972 г. на Киришской ГРЭС. Затем после некоторой модернизации в 1974 г. бесщеточные возбудители были установлены на Рязанской и Литовской ГРЭС. Бесщеточный возбудитель турбогенератора ТВВ-320-2 явился базовой конструкцией для возбудителей более мощных генераторов 500, 1000 и 1200 МВт [6].

Прогресс в области электронной техники сделал возможным смену элементной базы регулятора возбуждения сильного действия. В 1977 г. был разработан унифицированный полупроводниковый регулятор возбуждения сильного действия АРВ-СДП на базе полупроводников и интегральных микросхем. Замена магнитных усилителей на полупроводниковые, а также использование новых принципов выполнения измерительных органов напряжения и частоты позволили существенно повысить быстродействие АРВ-СДП по сравнению с предшествующим АРВ-СД. Первыми АРВ-СДП были оснащены шесть гидрогенераторов Саяно-Шушенской ГЭС, что позволило накопить опыт эксплуатации полупроводниковой аппаратуры. Затем серийный выпуск этих регуляторов был прекращен [7].

Последним полупроводниковым регулятором аналогового типа стал регулятор АРВ-СДП1, которым с 1982 г. стали оснащаться все СГ мощностью от 63 МВт и выше. Это, по существу, компактный, высокотехнологичный специализированный аналоговый измерительно- вычислительный комплекс, по своим характеристикам намного превосходящий предыдущие образцы. По сравнению с предшественниками, он выполняет большое число функций, структурно отличается частотно-зависимой характеристикой канала регулирования напряжения, что повышает качество поддержания напряжения, увеличивает устойчивость регулирования и инвариантность настройки к изменению режима работы генератора и сети за счет динамического снижения коэффициента передачи по отклонению напряжения в области частот собственных колебаний [7].

Бурный прогресс в области полупроводниковой техники, появление интегральных микросхем большой степени интеграции и микропроцессорных комплексов положили начало очередной стадии развития аппаратуры, методов и средств автоматического регулирования возбуждения СГ. Применение микропроцессоров позволяет отказаться от традиционной структуры системы регулирования возбуждения и пересмотреть распределение функций между ее элементами, а также стимулирует поиск новых алгоритмов реализации системных функций, в том числе перестраиваемых, и дает явный выигрыш при реализации технологических и защитных функций. Что же касается функций контроля, диагностики и сервиса, в этом случае альтернативы микропроцессорам не существует [7].

В начале 80-х гг. были созданы опытные образцы цифровых регуляторов АРВ-СДЦ на базе микроЭВМ «Электроника-60» и АРВ- СДМ на базе комплекса микропроцессорных средств управления вычислительной техники МСУВТ-В7.

АРВ-СДМ обеспечивает практически такое же качество регулирования, как и АРВ-СД на магнитных усилителях, который он структурно и алгоритмически повторяет. В середине 80-х гг. регулятором

АРВ-СДМ, выпускавшимся заводом «Электропульт», были оснащены генераторы Заинской ГРЭС и Нурекской ГЭС, а в 1992 г. - Бурштын- ской ГРЭС [8].

АРВ-СДЦ структурно существенно отличается от всех других разработок. Его отличительной особенностью является наличие глубокой жесткой отрицательной обратной связи по току возбуждения. Охват возбудителя обратной связью по току ротора СГ в сочетании с ПИД-законом регулирования увеличивает быстродействие системы и обеспечивает увеличение статической точности регулирования. Обратная связь по току ротора явно выделяет в структуре регулирования исполнительное звено, получившее название регулятора тока ротора. При этом имеется возможность работы как в режиме регулирования напряжения статора СГ, так и в режиме регулирования тока ротора [7].

Вследствие недостаточно высокой производительности микро ЭВМ, на базе которых были созданы регуляторы АРВ-СДЦ и АРВ- СДМ, оказалось невозможным полностью отказаться от узлов и блоков на полупроводниках и микросхемах малой и средней степени интеграции. Поэтому АРВ-СДЦ и АРВ-СДМ не получили широкого внедрения. Однако разработка цифровых регуляторов была необходимым и полезным шагом на пути создания цифровой аппаратуры управления возбуждением СГ.

В 1997 г. были начаты работы по созданию микропроцессорного автоматического регулятора возбуждения типа АРВ-М. Регулятор проектировался как многофункциональное устройство, удовлетворяющее современным требованиям и способное управлять системами возбуждения мощных турбо- и гидрогенераторов, изготавливаемых АО «Электросила» [9].

Основным отличием АРВ-М от регуляторов возбуждения предыдущих поколений является расширенный набор выполняемых функций. В нем для регулирования напряжения используется ПИД-закон, который обеспечивает в установившемся режиме поддержание постоянного напряжения в точке регулирования (астатическое регулирование). Для улучшения демпфирования качаний ротора СГ применено автоматическое уменьшение коэффициента регулирования в диапазоне частот электромеханических колебаний. Причем АРВ-М может работать не только в режиме регулирования напряжения, но и в режимах регулирования реактивной мощности или коэффициента мощности (cos j) .

Регулятор АРВ-М успешно прошел испытания на электродинамической модели МЭИ и в 2000 - 2001 гг. введен в эксплуатацию на Мингечаурской ГЭС, Кузнецкой ТЭЦ, Ростовской АЭС. К 2006 г. на заводе «Электросила» было произведено более 130 систем возбуждения, оснащенных этим регулятором, в том числе более 50 систем для стран дальнего зарубежья [8, 9].

За последние годы на заводе «Электросила», филиале концерна «Силовые машины», освоено производство тиристорных систем возбуждения нового поколения. Их создание было вызвано стремлением существенно повысить конкурентоспособность концерна как производителя энергетического оборудования с учетом международных норм и стандартов. В настоящее время эти системы оснащаются микропроцессорным регулятором возбуждения второго поколения типа AVR-2М, разработанного с учетом современных требований к системам возбуждения на основе опыта разработки, испытаний и эксплуатации регулятора АРВ-М [8].

В конце 2003 г. на ТЭЦ-22 ОАО «Мосэнерго» был введен в опытно-промышленную эксплуатацию асинхронизированный турбогенератор (АСТГ) типа ТЗФА-110-2У3, который, в отличие от обычных синхронных турбогенераторов, способен устойчиво работать в режимах глубокого потребления реактивной мощности, а при отказах в системе возбуждения - в режиме асинхронного генератора с закороченными обмотками возбуждения [10]. Отличительной особенностью ротора АСТГ является наличие двух обмоток возбуждения, сдвинутых в пространстве относительно друг друга на 90 градусов и подключенных к четырем контактным кольцам.

Для возбуждения АСТГ применена быстродействующая статическая тиристорная система самовозбуждения СТС-Р-125-2600 производства ОАО «Электросила», содержащая два идентичных одновременно работающих реверсивных преобразователя. Для управления током возбуждения система СТС-Р содержит два независимых микропроцессорных регулятора возбуждения типа АРВ-МА. Положительный опыт эксплуатации АСТГ позволил рекомендовать их для более широкого внедрения на электростанциях Гусино-озерской, Костромской, Троицкой, Каширской и многих других [11].

Круг вопросов, связанных с применением АРВ разных типов с различными системами возбуждения для целей управления СГ (АСТГ) и электростанциями по напряжению и реактивной мощности, является предметом настоящего пособия.

Библиографический список

1. Цукерник, Л.В. Роль М.О. Доливо-Добровольского в создании схем компаундирования синхронных машин / Л.В. Цукерник // Электричество. - 1952 - №11. - С. 70 - 71.

2. Соловьев, И.И. Автоматизация энергетических систем / И.И. Соловьев. - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 360 с.

3. Сыромятников, И.А. Опыт эксплуатации электрических систем СССР после введения форсировки возбуждения генераторов /И. А. Сыромятников. - М.: Госэнергоиздат, 1948. - 19 с.

4. Веников, В.А. Сильное регулирование возбуждения / В.А. Веников, Г.Р. Герценберг, С. А. Совалов, Н.И. Соколов. - М.: Госэнергоиздат, 1963. - 152 с.

5. Штрафун, Я.Н. Пути возможного развития автоматически регулируемых систем возбуждения турбогенераторов / Я.Н. Штрафун // Электричество. - 1959. - №12. - С. 10 - 13.

6. Глебов, И. А. Системы возбуждения мощных синхронных машин / И. А. Глебов. - Л.: Наука, 1979. - 316 с.

7. Юрганов, А.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов / А.А. Юрганов, В.А. Кожевников. - СПб.: Наука, 1996. - 138 с.

8. Логинов, А.Г. Микропроцессорный автоматический регулятор возбуждения синхронных генераторов типа AVR-2M для систем возбуждения завода «Электросила» / А.Г. Логинов, А.В. Фадеев // Электротехника. - 2006. - №9. - С. 54 - 57.

9. Логинов, А.Г. Микропроцессорный автоматический регулятор типа АРВ-М для систем возбуждения АО «Электросила» / А.Г. Логинов, В. Фадеев // Электротехника. - 2001. - №9. - С. 66 - 70.

10. Чернышев, Е.В. Опыт промышленной эксплуатации статической реверсивной тиристорной системы самовозбуждения на турбогенераторе ТЗФА-110-2У3 / Е.В. Чернышев, Г.А. Кузин, В.К. Картошкин // Электрические станции. - 2005. - №11. - С. 6 - 8.

11. Лабуннец, И. А. Асинхронизированные турбогенераторы как средство повышения устойчивости и регулирования напряжения в электрических сетях / И.А. Лабунец, П.В. Сокур, Н.Д. Пинчур [и др.] // Электрические станции. - 2004. - №8. - С. 26 - 32.

12. Поляк, Н.А. Современные крупные двухполюсные турбогенераторы / Н.А. Поляк. - М.: Энергия, 1972. - 472 с.

13. Усов, С.В. Электрическая часть электростанций / С.В. Усов, В. Канстан, Е.Н. Кизеветер [и др.]. - Л.: Энергия, 1977. - 556 с.

14. Голоднова, О.С. Эксплуатация турбогенераторов с непосредственным охлаждением / О.С. Голоднова, Л. С. Линдорф, Л.Г. Мамико- нянц [и др.]. - М.: Энергия, 1972. - 352 с.

15. Ботвинник, А.М. Асинхронизированная синхронная машина. Основы теории / А.М. Ботвинник. - М.: Госэнергоиздат, 1960. - 70 с.

16. Дмитриева, Г. А. Перспектива применения асинхронизированных турбогенераторов в европейской зоне ЕЭС Росси / Г.А. Дмитриева, С.Н. Макаровский, А.Ю. Поздняков [и др.] // Электрические станции. - 1997. - №8. - С. 35 - 43.

17. Шабад, В.К. Ипользование турбогенераторов в режиме потребления реактивной мощности / В.К. Шабад, Д.В. Саленик // Энергоснабжение и водоподготовка. - 2004. - №4. - С. 55 - 59.

18. Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Общие технические условия: ГОСТ 215582000. Введ. 2003-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - 15 с.

19. Голинкевич, Т.А. Прикладная теория надежности. Изд. 2-е, доп. / Т. А. Голинкевич. - М.: Высш. шк., 1985. - 167 с.

20. Морозова, Ю.А. Параметры и характеристики вентильных систем возбуждения / Ю.А. Морозова. - М.: Энергия, 1976. - 152 с.

21. Соловьев, И.И. Автоматические регуляторы синхронных генераторов / И.И. Соловьев. - М.: Энергоиздат, 1981. - 248 с.

22. Алексеев, О.П. Автоматика электроэнергетических систем / О.П. Алексеев, В.Е. Казанский, В.Л. Козис [и др.]; под ред. В.Л. Козиса и Н.И. Овчаренко. - М.: Энергоиздат, 1981. - 480 с.

23. Бобров, В.М. Модернизация высокочастотных систем возбуждения турбогенераторов серии ТВВ / В.М. Бобров, С. Л. Иванов, В.В. Ки- чаев [и др.] // Электрические станции. - 1995. - №8. - С. 27 - 31.

24. Ковальков, Г.А. Испытания тиристорной бесщеточной системы возбуждения турбогенератора 300 МВт / Г.А. Ковальков, Ю.А. Пащенко, Ю.Е. Савельев [и др.] // Электрические станции. - 1984. - №5. - С. 44 - 48.

25. Пластун, А. Т. Совмещенный многофункциональный бесщеточный возбудитель для систем независимого возбуждения синхронных машин / А.Т. Пластун, В.И. Денисенко, А.Н. Мойсейченков [и др.] // Электротехника. - 2006. - №1. - С. 45 - 52.

26. Цгоев, Р.С. Расширение области устойчивости синхронной машины с тиристорной бесщеточной системой возбуждения / Р.С. Цгоев // Электро. - 2006. - №1. - С. 11 - 13.

27. Синепольский, В.А. Системы возбуждения производства ООО «СКБ ЭЦМ» // Электрические станции. - 2006. - №7. - С. 60 - 62.

28. Шевченко, В.М. Опыт внедрения тиристорных систем возбуждения нового поколения / В.М. Шевченко, Н.А. Ваккер // Электрические станции. - 2006. - №12. - С. 47 - 55.

29. Зинаков, В.Е. Опыт промышленной эксплуатации головного образца асинхронизированного турбогенератора ТЗФА-110 на ТЭЦ-22 ОАО «Мосэнерго» / В.Е. Зинаков, Е.В. Чернышев, Г. А. Кузин [и др.] // Электрические станции. - 2005. - №11. - С. 3 - 5.

30. Довганюк, И.Я. Системы возбуждения асинхронизированных турбогенераторов / И.Я. Довганюк, Т.В. Плотников, П.В. Сокур // Электрические станции. - 2004. - №9. - С. 67 - 72.

31. Коротков, В.Ф. Основы линейной теории автоматического управления в задачах электроэнергетики / В. Ф. Коротков; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». - Иваново, 1994. - 392 с.

32. Беркович, М.А. Основы автоматики энергосистем / М.А. Беркович, А.Н. Комаров, В.А. Семенов. - М.: Энергоиздат, 1981. - 432 с.

33. Дроздов, А. Д. Автоматизация энергетических систем / А. Д. Дроздов, А. С. Засыпкин, А. А. Аллилуев [и др.]. -М.:Энергия, 1977. - 440 с.

34. Барзам, А.Б. Системная автоматика / А.Б. Барзам. - М.:Энерго- атомиздат, 1989. - 446 с.

35. Веников, В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах / В.А. Веников. - М.: Высш. шк., 1978. - 415 с.

36. Овчаренко, Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем / Н.И. Овчаренко. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001. - 504 с.

37. Электротехнический справочник / под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова [и др.] (гл. ред. А.И. Попов). - изд. 9-е, стер. - М.: Изд.-во МЭИ, 2004. - 964 с.

38. Буртаков, В.С. Особенности разработки и внедрения систем группового регулирования напряжения и реактивной мощности на электростанциях / В.С. Буртаков // Электрические станции. - 2008. - №4. - С. 19 - 24.

39. Маркович, И.М. Режимы энергетических систем / И.М. Маркович. - М.: Энергия, 1969. - 352 с.

40. Росман, Л.В. Групповое управление возбуждением синхронных генераторов гидроэлектростанций / Л.В. Росман. - М.: Госэнергоиздат, 1962. - 168 с.

41. Кучкин, М.Д. Автоматическое управление и контроль режима работы гидроэлектростанций / М.Д. Кучкин. - М.: Энергия, 1967. - 240 с.

 

-->