СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в устройствах для возбуждения синхронных машин.
Для возбуждения синхронной машины энергия переменного тока, получаемая с шин собственных нужд электростанции, с выхода возбуждаемого синхронного генератора или с выхода механически сопряженной вспомогательной машины переменного тока тиристорным или диодным преобразователем преобразуется в постоянный ток и подается в ротор синхронной машины.
Системы возбуждения могут быть одногрупповые, когда один и тот же мостовой тиристорный преобразователь за счет угла открытия тиристоров используется в номинальном и форсировочном режимах синхронной машины, и двухгрупповые с двумя мостовыми тиристорными преобразователями, один из которых обеспечивает рабочее номинальное напряжение возбуждения, а второй - форсировочное, не менее двухкратного номинального напряжения.
Наиболее близкой к заявленной системе возбуждения синхронной машины, принятой за прототип, является двухгрупповая система с вольтодобавочным трансформатором в форсировочной группе, состоящая из рабочей и форсировочной групп вентилей, соединенных параллельно, трансформатора с отпайками на рабочее напряжение возбуждения и полное напряжение, соответствующее напряжению форсировки с учетом добавки напряжения от вольтодобавочных трансформаторов. (См. Глебов И.А. «Электромагнитные процессы систем возбуждения синхронных машин». Издательство «Наука» Ленинградское отделение, 1987 год, стр.12, рис.11).
Недостатками вышеуказанной системы возбуждения являются: рабочая и форсировочная группы вентилей, соединенные параллельно, имеют класс по обратному напряжению тиристоров, соответствующий форсировочному напряжению, повышенной стоимости; вентильная обмотка трансформатора имеет форсировочное напряжение с соответствующей изоляцией, что снижает надежность и повышает стоимость трансформатора; трансформаторы, выполняемые с отпайками в вентильной обмотке, имеют и для рабочей, и для форсировочной обмоток повышенное рассеяние, поскольку не имеют полного сцепления с сетевой обмоткой.
Задачей полезной модели является устранение выше перечисленных недостатков.
Технический результат достигается тем, что система возбуждения синхронной машины, содержит силовой трансформатор с сетевой и вентильной обмотками, тиристорный преобразователь с рабочей и форсировочной группами вентилей, причем силовой трансформатор выполнен с двумя вентильными обмотками, соединенными в треугольник, одна из которых - низкого напряжения, с подключением рабочей группы вентилей полностью открытых в нормальных режимах работы синхронной машины, другая - среднего напряжения, с подключением форсировочной группы, соединенной последовательно с рабочей группой вентилей, с открытием на время форсировки возбуждения синхронной машины.
На фигуре представлена принципиальная схема системы возбуждения синхронной машины, например турбогенератора.
Система возбуждения турбогенератора содержит силовой трансформатор. Сетевая обмотка 1 подключена к выводам статора турбогенератора. Вентильная обмотка низкого напряжения 2 через трехфазный разъединитель 3 подключена к рабочей группе вентилей 4 тиристорного преобразователя. Вентильная обмотка среднего напряжения 5 через трехфазный разъединитель 6 подключена к форсировочной группе вентилей 7 тиристорного преобразователя. В систему возбуждения входят коммутационные аппараты - разъединители 8, 9. Система возбуждения подключена к обмотке возбуждения 10 турбогенератора. Диод 11, препятствует замыканию форсировочной группы вентилей 7 накоротко при форсировке. Автоматический выключатель 12 шунтирует рабочую группу вентилей при ремонте.
В рабочем режиме включены разъединители 8 и 9. Практически полностью открыты тиристоры рабочей группы вентилей 4. Тиристоры форсировочной группы 7 закрыты.
В режиме форсировки дополнительно открываются тиристоры форсировочной группы вентилей 7 и к обмотке возбуждения 10 прикладывается суммарное напряжение рабочей 4 и форсировочной 7 групп вентилей, соединенных по схеме последовательно. Диод 11 препятствует замыканию форсировочной группы вентилей 7 накоротко. Так как тиристоры рабочей 4 и форсировочной групп вентилей 7 соединены последовательно, то класс их по напряжению может быть снижен вдвое по сравнению с прототипом. Диод 11 выбран по напряжению с учетом перенапряжений, возникающих при коммутационных процессах, по току - не более, чем на длительно - допустимый ток возбуждения синхронной машины.
В режиме резервного возбуждения закрывается рабочий мост 4, включается автоматический выключатель 12 и открывается форсировочная группа вентилей 7. Время перехода на резервный режим практически равно времени включения автомата 12. Для ремонта рабочей группы вентилей 4 отключается разъединитель 8. Для ремонта форсировочной группы отключается разъединитель 9.
Напряжение вентильной обмотки низкого напряжения 2 силового трансформатора выбирается таким, чтобы при полном открытии тиристоров рабочей группы вентилей 4 ток ротора не превосходил требуемый ГОСТ 21558-2000 длительный ток возбуждения 110% номинального. Практически при полном открытии тиристоров рабочей группы вентилей высокочастотные составляющие напряжения и тока по сравнению с одногрупповой системой с номинальным форсировочным напряжением вентильной обмотки многократно снижаются, что снижает перенапряжения на роторе, снижает потери в силовом трансформаторе (по экспериментальным данным не менее, чем в два раза).
Снижение номинального напряжения обмотки низкого напряжения 2 силового трансформатора, работающей в длительном номинальном режиме, позволяет снизить мощность трансформатора более, чем в два раза по сравнению с одногрупповой (конкретно для турбогенератора 110 МВт в 2,6 раза). При этом силовой трансформатор работает без повышенных потерь.
Обмотка трансформатора среднего напряжения 5 включается только на время форсировки возбуждения (по ГОСТ 21558-2000 для двукратного тока не более 20 с), поэтому обмотка может быть выполнена облегченной, на меньший номинальный ток, но достаточный по нормам для обеспечения работы турбогенератора с номинальной мощностью при cosφ=1 при работе форсировочной группы в резервном режиме.
В соответствии с вышеуказанным, номинальная мощность силового трансформатора принимается по длительной мощности обмотки низкого напряжения 2. Поскольку напряжение обмотки среднего напряжения 5 для обеспечения требуемого потолка напряжения принимается более высоким, чем обмотки низкого напряжения 2, то в резервном режиме сохраняется возможность форсировки возбуждения - конкретно для турбогенератора 110 МВт - 1,6 номинального напряжения возбуждения турбогенератора.