Устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора
BACKUP EXCITER DEVICE FOR SYNCHRONOUS GENERATOR BASED ON  REACTIVE VALVE GENERATOR

Техническое решение относится к области генерирования электрической энергии электрическими машинами и касается особенностей устройства управления возбуждения генератора, применяемых на электрических станциях.
В качестве аналога взята схема зависимого косвенного возбуждения, приведенная на Рис. 20.15, в (страница 253) и описанная в работе Васильева А.А., Крючкова И.П., Няшкова Е.Ф., Околович М.Н. Электрическая часть станций и подстанций, Москва: - Энергоатомиздат 1990 г., - 576 стр. Рассматривая система возбуждения состоит из синхронного генератора, обмотки возбуждения синхронного генератора, возбудителя постоянного тока, трансформатора собственных нужд, шин собственных нужд, электродвигателя и механической связи. Трансформатор собственных нужд в нормальном режиме работы генератора обеспечивает электрической энергией систему шин собственных нужд, от которой получает электропитание электродвигатель, передающий момент с помощью механической связи возбудителю постоянного тока. Который в свою очередь преобразует механическую энергию вращения в постоянный ток, питающий обмотку возбуждения основного генератора.
К недостаткам аналога можно отнести отсутствие управления параметрами вырабатываемого тока возбудителя, что делает невозможным регулирование тока возбуждения обмотки ротора генератора, а в следствие и мощность выработки синхронного генератора. Также к ощутимым недостаткам можно отнести чувствительность к изменению напряжения на шинах собственных нужд, обусловленное: включением мощных потребителей электроэнергии и короткими замыканиями.
8
В качестве прототипа взято устройство возбуждения генератора и контроля качества генерируемой электрической энергии вентильно-реактивным генератором, патент РФ №2690673, МПК Н02Р 9/00 от 15.10.2018. Рассматриваемое устройство состоит из вала, безобмоточного ротора с полюсами, статора с полюсами, поочередно охваченный фазными обмотками и обмотками контроля, выпрямителя, фильтров, вентильного коммутатора, накопителя электрической энергии, компаратора, микропроцессорной системы, панели управления, генератора квадратурных токов.
Задачей предложенного технического решения является повышение надежности системы резервного возбуждения синхронного генератора путем обеспечения бесперебойной работы и заданных режимов генерирующего оборудования электрических станций.
Поставленная задача заключается в том, что устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора содержит выпрямитель, фильтры, панель управления, генератор квадратурных токов, микропроцессорную систему, блоки драйверов, вентильный коммутатор, источники тока, вал, безобмоточный ротор с полюсами, статор с полюсами, поочередно охваченными фазными обмотками и обмотками контроля, расположенными с определенным шагом, компаратор, блок контроля качества генерируемой электроэнергии, дополнительно введены шины собственных нужд генератора, электродвигатель, трансформатор хозяйственных нужд, обмотка возбуждения синхронного генератора, статор синхронного генератора, трансформатор собственных нужд генератора.
Выход шин собственных нужд генератора, связаны с электродвигателем и трансформатором хозяйственных нужд. Выход электродвигателя с помощью вала связан с реактивно-вентильным генератором. Выход трансформатор хозяйственных нужд связан с выпрямителем, который связан с фильтром, который имеет связь с панелью управления и генератором квадратурных токов. Панели управления имеют двухстороннюю связь с микропроцессорной системой, которая в свою очередь связана с вентильным коммутатором, через блок драйверов и с генератором квадратурных токов. Генератор квадратурных токов связан с источниками тока, которые связаны с вентильным коммутатором. Вентильный коммутатор выполнен с выходами на микропроцессорную систему, через фильтр и компаратор и на блок качества генерируемой электроэнергии через фильтр. Блок контроля качества генерируемой электроэнергии связан с микропроцессорной системой и с обмоткой возбуждения синхронного генератора, которая связана со статором синхронного генератора. Выход статора синхронного генератора связан с входом трансформатора собственных нужд генератора и потребителями электроэнергии. Выход трансформатора собственных нужд генератора связан с входом шин собственных нужд генератора.
На Фиг. изображена схема устройства резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора.
Устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора содержит шины собственных нужд генератора 1, выход которых связан с входом электродвигателя 2, трансформатором хозяйственных нужд 3 и выходом трансформатора собственных нужд генератора 4. Выход электродвигателя 2 связан с входом реактивно-вентильного генератора 5. Выход трансформатора хозяйственных нужд 3 связан с входом выпрямителя 6, выход которого связан с входом фильтра 7, выход которого связан с входом панели управления 8 и входом генератора квадратурных токов 9. Панель управления 8 имеет двухстороннюю связь с микропроцессорной системой 10, выходы которой связаны с входами блока драйверов 11, выходы которого связаны с входами вентильного коммутатора 12 и с входом генератора квадратурных токов 9, выходы которого связаны с входами источников тока 13, 14, выходы которых связаны с входами вентильного коммутатора 12. Вентильный коммутатор имеет двухстороннюю связь с фазными обмотками 15 реактивно-вентильного генератора 5, выходы обмотки контроля 16 связаны с входом вентильного коммутатора 10, который имеет выходы связанные с входом фильтра 17, выходы которого связаны с входами компаратора 18, выходы которого связаны с входами микропроцессорной системы 10. Также, вентильный коммутатор 12 имеет выход связанный с входом фильтра 19, выход которого связан с входом блока контроля качества генерируемой электроэнергии 20, выходы которого связаны с входом микропроцессорной системы 10. Блок контроля качества генерируемой электроэнергии 20 связан с входом обмотки возбуждения генератора 21, выход которой связан с входом статора синхронного генератора 22, выходы которого связаны с входом трансформатора собственных нужд генератора 4 и потребителями электроэнергии.
Работает устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора следующим образом, при отказе основной системы возбуждения, с шин собственных нужд генератора 1 подают напряжение на электродвигатель 2 и от трансформатора хозяйственны нужд 3 напряжение подают на выпрямитель 6. Реактивно-вентильный генератор 5 содержащий вал, безобмоточный ротор с полюсами, статор с полюсами, поочередно охваченный фазными обмотками 15 и обмотками контроля 16 управление которыми производит микропроцессорная система 10 на основе сигналов от панели управления 8 и заданных параметров возбуждения, питание на которую подают от трансформатора хозяйственных нужд 3 через выпрямитель 6 и фильтр 7. Определение положения ротора реактивно-вентильного электродвигателя определяет микропроцессорная система 10 на основе сформированных измерительных токов генератором квадратурных токов 9, питание на который так же подают от трансформатора хозяйственных нужд 3 через выпрямитель 6 и фильтр 7, через источники тока 13, 14 и с компаратора 18 через фильтр 17, вследствие изменения магнитного потока, а, следовательно, и ЭДС в обмотках контроля 16. На основании положения ротора микропроцессорная система 10 подает сигналы на замыкание силовых ключей через блоки драйверов 11 на вентильный коммутатор 12, для снятия ЭДС с фазных обмоток 15 реактивно-вентильного генератора 5 на которых магнитный поток максимален. Блок контроля качества генерируемой электроэнергии 20, подключенный через фильтр 19, определяет значения показателей качества генерируемой электроэнергии подает сигнал на микропроцессорную систему 10, которая путем сравнения показателей с номинальными значениями контролирует параметры тока возбуждения, подаваемого на обмотку возбуждения синхронного генератора 21. Которая создает магнитный поток в статоре синхронного генератора 22 и следовательно наводит ЭДС, используемую потребителями электроэнергии и трансформатором собственных нужд генератора 4 который подает электропитание на шины собственных нужд генератора 1.
Предложенное техническое решение позволило повысить надежность выработки электрической энергии синхронными генераторами, а также повысило управляемость током возбуждения резервной системы возбуждения.