Усовершенствование измерительных преобразователей активной мощности синхронных генераторов

УДК 621.31

А.В. Комлев, Г.Е. Кувшинов

КОМЛЕВ Антон Владимирович - аспирант кафедры судовой энергетики и автоматики Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), КУВШИНОВ Геннадий Евграфович - доктор технических наук, профессор кафедры судовой энергетики и автоматики Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: kuvsh@marine.febras.ru © Комлев А.В., Кувшинов Г.Е., 2012

Усовершенствование измерительных преобразователей активной мощности синхронных генераторов

Рассматривается назначение и состав автоматических регуляторов мощности синхронных генераторов. Показаны недостатки существующих измерительных преобразователей активной мощности, выполненных на базе трансформаторов. Предлагается заменить трансформаторы тока дифференцирующими индукционными преобразователями тока и использовать их без восстановления формы тока с помощью интегрирующих фильтров.

Ключевые слова: активная мощность, измерительные преобразователи, дифференцирующий преобразователь, интегрирующий фильтр.

Improvement of active power measuring transducers of synchronous generators. Anton V. Komlev,

Gennadij E. Kuvshinov - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).

In this paper appointment and structure of automatic power regulators of synchronous generators is considered.

Shows the limitations of existing active power measuring transducers of synchronous generators, made on the

basis of transformers. It is offered to replace current transformers with differentiating induction current transducers

and to use them without restoration of a form of a current by means of integrating filters.

Key words: active power, measuring transducers, differentiating transducers, integrating filter.

Производство, распределение и реализацию электрической энергии следует осуществлять при минимальном удельном расходе условного топлива, следовательно, режим работы электроэнергетической системы должен быть оптимальным. Для этого, в частности, между генераторами одинаковой мощности необходимо распределять нагрузку равномерно, а при различной мощности генераторов - пропорционально номинальным значениям их мощностей. Такое требование выполняют автоматические регуляторы мощности (АРМ) синхронных генераторов (СГ) [2]. В докладе предлагается заменить трансформаторы тока, с помощью ко -торых производится измерение мощности СГ, дифференцирующими индукционными преобразователями тока и использовать их без восстановления формы тока.

АРМ СГ являются электрическими регуляторами, воздействующими на автоматический регулятор частоты вращения генераторного агрегата через их задающие элементы - механизм управления приводным двигателем или механизм изменения мощности. Поскольку изменения их состояний производятся электродвигателями, то АРМ выполняются как импульсные регуляторы [5].

Точность и быстродействие АРМ во многом зависит от измерительного преобразователя активной мощности (ИПАМ) СГ. Поэтому улучшение качества работы АРМ достигается в первую очередь путем совершенствования этих измерительных преобразователей.

Измерительный преобразователь активного тока (ИПАТ) или активной мощности источника напряжения относится к области измерения электрических величин. В частности, он используется для измерения активной составляющей тока (мощности) в трехфазных сетях. Особенность работы ИПАМ (ИПАТ) в электроэнергетических системах, как судовых, так и промышленных, заключается в необходимости измерения больших токов - от нескольких сотен ампер до сотен килоампер. Например, синхронный генератор фирмы Siemens 1FC2 563-6 мощностью 992 кВт при Uh = 400 В и cos^ = 0,8 имеет номинальный ток I = 1679 кА.

В качестве измерительных преобразователей тока в ИПАМ до сих пор используются трансформаторы тока (ТТ). Как показывают исследования [1, 3], ТТ для измерения больших токов обладают рядом существенных недостатков: большая масса и габариты, растущие с ростом номинального тока и напряжения; низкая точность измерения, связанная с намагничиванием сердечника ТТ; высокая стоимость.

Существует альтернатива ТТ в области измерения больших токов для устройств защиты и автоматики - это дифференцирующие измерительные преобразователи тока (ДИПТ) или катушки Роговского.

ДИПТ являются разновидностью измерительных преобразователей тока трансформаторного типа, которые работают в режиме, близком к режиму холостого хода. Конструктивно ТТ и ДИПТ представляют собой тороидальные катушки, причем, в отличие от ТТ, ДИПТ чаще всего выполняют без магнитного сердечника (катушки Роговского). Следовательно, у таких преобразователей отсутствуют потери на гистерезис, насыщение и нелинейность. Кроме того, ДИПТ могут измерять очень большие токи без увеличения своих размеров, они маломощны, обладают простой конструкцией, имеют большую полосу пропускания частот (от 0,1 Гц до 17 мГц) [3]. Такие измерительные преобразователи, под названием катушки Роговского, выпускают фирмы LEM (Швейцария) и PEM (Великобритания), а также Siemens и ABB [6, 7].

При измерении относительно небольших токов - от десятков до сотен ампер - ДИПТ могут обладать магнитным сердечником с воздушным зазором, который позволяет получить достаточное значение выходного сигнала без использования усилителя и в то же время препятствует насыщению сердечника. На рисунке представлен такой ДИПТ.

Зарубежные ДИПТ имеют в своем составе интегратор для восстановления формы тока. Наличие интегратора сказывается на снижении точности измерения, а также усложняет конструкцию устройства. Исследова-

Конструкция ДИПТ с разрезным ленточным сердечником:

1, 2 - половины сердечника; 3, 4 - прокладки из изоляционного материала, помещенные в зазорах сердечника; 5, 6 - провода измеряемого тока; 7, 8 -катушки вторичной обмотки

ния, результаты которых отражены в [3, 4], показали, что можно упростить измерительную часть устройств защиты и автоматики, исключив из нее указанный фильтр.

Исходя из этого на кафедре судовой энергетики и автоматики Инженерной школы ДВФУ был разработан и испытан ИПАМ, использующий ДИПТ без интегрирующих фильтров. Были получены положительные результаты работы устройства, достигается существенное снижение массогабаритных показателей ИПАМ на основе ДИПТ и повышение их точности измерения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белов А.Г. Синтез измерительных преобразователей переменного тока для силовых преобразовательных устройств: дис. ... канд. техн. наук. М.: ВНТИЦ, 2000.

2. Константинов В.Н. Системы и устройства автоматизации судовых электроэнергетических установок. Л.: Судостроение, 1988. 312 с.

3. Мазалева Н.Н. Усовершенствование устройств распределения реактивных нагрузок судовых синхронных генераторов: дис. ... канд. техн. наук. Владивосток: ДВГТУ, 2006. 275 с.

4. Пат. 2396661 Российская Федерация. Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин / Г.Е. Кувшинов, Ю.В. Мясоедов, А.С. Нагорных, И.А. Богодайко; опубл. 10.08.2010, Бюл. № 22.

5. Сергиенко Л.И., Миронов В.В. Электроэнергетические системы морских судов: учебник для мореход. училищ. М.: Транспорт, 1991. 264 с.

6. Ray W.F., Hewson C.R. Practical Aspects of Rogowski Current Transducer Performance. PEM paper PCIM, 2001. 6 p.

7. Shepard D.W., Yuach D.W. An overview of Rogowski coil current sensing technology. Grove City: LEM DynAmp Inc, 1999. 13 p.

X