Инженерный Центр «ЭНЭЛ»  
На главную Карта сайта Координаты
ЭНЭЛ — современные тенденции энергосбережения   Звоните: +7 (499) 613-97-81
 

О компании

Лицензии, награды, отзывы
Виды работ
Выполненные работы
Оборудование
Партнеры
Публикации
Вакансии
Координаты

Главная > Публикации > Особенности конструирования высоковольтного тиристорного устройства частотного пуска обратимых гидроагрегатов ГАЭС

Особенности конструирования высоковольтного тиристорного устройства частотного пуска обратимых гидроагрегатов ГАЭС

к.т.н. Лазарев Г.Б., к.т.н. Новаковский А.Н., к.т.н. Султанов А.Т.

Частотный пуск обратимых гидроагрегатов ГАЭС от тиристорного преобразователя с регулируемой выходной частотой является с технико-экономической точки зрения наиболее рациональным способом пуска мощных двигателей-генераторов многоагрегатных ГАЭС [1-2]. Такой способ пуска традиционно реализуется от высоковольтных преобразователей частоты (ТПЧ), содержащих тиристорный выпрямитель, выполняемый по 6ти или 12ти пульсной схеме преобразования напряжения сети 50 Гц в выпрямленное напряжение, регулируемое по амплитуде, и тиристорный инвертор тока, преобразующий выпрямленное напряжение в переменное, регулируемое по амплитуде и частоте. Поскольку при этом коммутация (переключение) тиристоров инвертора осуществляется под действием напряжения синхронной машины, такой инвертор называют зависимым или ведомым синхронной машиной.

Отечественный опыт применения пусковых тиристорных устройств (ПТУ) ограничивается внедрением на Круонисской ГАЭС в Литве ТПЧ типа СПЧРС-15750/630, (15,75 кВ , 630 А) и СПЧРС-15750/800 (15,75 кВ, 800 А) производства Таллиннского электротехнического завода и на Загорской ГАЭС - ТПЧ типа СПЧРС-15750/800, (15,75кВ, 800А) производства Таллиннского электротехнического завода и типа ПЧ-ТПП-800-15750-50 (15,75 кВ, 800 А) производства АО «Электровыпрямитель, г. Саранск. ТПЧ серии СПЧРС находятся в эксплуатации на обеих ГАЭС соответственно шестнадцать и четырнадцать лет, преобразователь завода «Электровыпрямитель – шесть лет.

За это время был накоплен значительный опыт применения подобных преобразователей, рассчитанных на непосредственное бестрансформаторное подключение к статору синхронных генераторов-двигателей.

В тоже время за последние годы существенно обновилась база силовой и информационной электроники. Появились мощные тиристоры на напряжение до 6500 В и токи до 2000 А, широко применяются для систем управления, защиты и автоматики ТПЧ быстродействующие микропроцессоры и т.п.

Выполнение современного пускового ТПЧ на номинальное напряжение синхронной машины предъявляет ряд принципиальных требований, прежде всего к его силовой части, системе управления и автоматике. С учетом имеющегося опыта, появления силовых полупроводниковых приборов с высокими параметрами по напряжению и току и современных средств информационной электроники, совершенствования технологии конструирования преобразователей класса 6-20 кВ эти требования можно свести к следующим, наиболее существенным:

Пусковой преобразователь частоты должен обладать высокой экономичностью, т.е. иметь по возможности минимальные габариты и массу, оптимальную стоимость в соответствии с критерием «цена-качество». Это требование, ввиду большой установленной мощности и высоковольтного тиристорного преобразователя частоты, составляющей порядка 5-10% номинальной мощности двигателя-генератора, имеет в данном случае особое значение.

Силовая часть преобразователя частоты должна иметь высокую надежность. Ввиду важности объектов, обслуживаемых пусковым преобразователем, возникновение аварий в нем сопровождается значительным экономическим ущербом. В этих условиях обеспечение требуемой надежности силовой части высоковольтного ТПЧ должно быть реализовано за счет применения специальной защиты вентильного оборудования, в функции которой должны входить диагностика состояния тиристоров, сигнализация о неисправности и формирование сигнала на отключение до развития аварии, сопровождающейся «сквозным» пробоем высоковольтного тиристорного вентиля (ВТВ), состоящего из последовательно включенных тиристоров. Применение диагностики состояния вентильного оборудования позволяет рационально организовать защиту силовой части преобразователя от сверхтоков и существенно повысить не только его надежность, но и экономичность.

Система формирования, передачи и распределения импульсов управления для одновременного включения требуемого количества последовательно соединенных тиристоров ВТВ должна обладать высокой надежностью и обеспечивать требуемую изоляционную прочность гальванического разделения силовой части высоковольтного преобразователя от его системы управлении. Практика показывает, что для мощных тиристорных преобразователей с напряжением до 20 кВ эффективной является электромагнитная кабельно-трансформаторная схема передачи и распределения импульсов управления, обладающая простотой, достаточно высокой надежностью гальванического разделения при таких уровнях напряжения и экономичностью.

В силовой части высоковольтного преобразователя должно быть предусмотрено ограничение перенапряжений относительно земли, возникающих в пусковых режимах и прикладывающихся к изоляции силового оборудования. Это требование не только определяет необходимость применения схем демпфирования перенапряжений, обеспечивающих ограничение амплитуды перенапряжений до заданного значения и обладающих высокой энергетической эффективностью (минимальные потери, габариты и установленная мощность), но и конкретные условия включения пускового высоковольтного преобразователя в главной схеме электрических соединений ГАЭС.

Схема силовой части пускового преобразователя должна выбираться с учетом требуемого соотношения между номинальной мощностью преобразователя и мощностью короткого замыкания примыкающей энергосистемы. Это требование вытекает из необходимости обеспечения электромагнитной совместимости преобразователи в условиях его работы на ГАЭС и определяется ГОСТ 13109-97. Одной из наиболее радикальных мер по снижению несинусоидальности сетевого напряжения и улучшения электромагнитной совместимости в системах, содержащих тиристорные преобразователи, является увеличением пульсности (эквивалентной фазности) схемы преобразования. Однако при таком выполнении силовой части растут массо-габаритные и стоимостные показатели тиристорного преобразователя. Вследствие этого при выборе схем силовой части пускового преобразователя необходимо выполнение тщательных технико-экономичных расчетов, обосновывающих целесообразность использования такого решения для ГАЭС.

Одной из задач, которую необходимо решать на стадии выбора преобразователя частоты при многократности включений и отключений обратимых гидрогенераторов является определение его нагрузочных и перегрузочных характеристик (пусковой ток, пусковая мощность). По существу развиваемый электромагнитный момент, при котором производится, пуск агрегата в насосный режим, определяет время пуска. При пуске обратимого агрегата тратится электроэнергия на отжатие воды из камеры рабочего колеса (на компрессоры) и на разгон агрегата до номинальной частоты вращения. Очевидно, что экономия электроэнергии на пуск будет тем больше, чем меньше время пуска агрегата. Последнее можно обеспечить, увеличивая пусковой ток преобразователя, что обуславливает необходимость повышение его нагрузочной способности, а это в свою очередь влияет на увеличение стоимости преобразователя. Критерием является окупаемость дополнительного увеличения стоимости системы пуска обратимых агрегатов, при расчете которой необходимо учитывать общее число пусков агрегатов в году, усредненное время пуска, стоимость 1 квт.ч электроэнергии, потребляемой из энергосистемы.

Автоматика ТПУ должна обеспечить разгон гидроагрегата с максимально возможным темпом из неподвижного состояния до номинального значения с последующим обеспечением режима переключения его в сеть методом точной синхронизации.

При отключении гидроагрегата от сети автоматика ТПУ должна обеспечить его подхват и рекуперативное торможение до полной остановки.

В заключении на рис.1 приводится функциональная схема системы частотного пуска и торможения четырех обратимых гидроагрегатов SМ1-SМ4 Загорской ГАЭС-2.

Система частотного пуска содержит четыре блочных трансформатора Т1-Т4, образующих систему шин 15,75кВ, два высоковольтных тиристорных преобразователя частоты (ТПЧ-1 и ТПЧ-2), систему возбуждения гидрогенераторов UZE1–UZE4 с питанием от выпрямительных трансформаторов ТЕ1-ТЕ4, первичная обмотка которых подсоединена к выводам 15,75 кВ трансформаторовТ1-Т4 и систему выключателей Q, обеспечивающих необходимый алгоритм и последовательность подключения обратимых гидрогенераторов.

Данная система обеспечивает:
- плавный частотный пуск с заданным темпом обратимых гидроагрегатов в насосный режим и режим синхронного компенсатора (насосное вращение и генераторное вращение);
- точную автоматическую синхронизацию с сетью и выдачу команды на переключение обратимых гидроагрегатов от устройства пуска на сеть;
- ручное регулирование частоты вращения ротора в диапазоне от 5 до 52 Гц в двух направлениях и длительную работу обратимых гидроагрегатов на промежуточных частотах,
- подхват выбегающих (после отключения от сети) обратимых гидроагрегатов с последующим рекуперативным торможением с заданным темпом - до полного останова ротора.


Рис.1 Функциональная схема системы частотного пуска обратимых двигателей-генераторов ЗаГАЭС-2

Функциональная схема системы частотного пуска обратимых двигателей-генераторов ЗаГАЭС-2

Литература

1. Глебов И.А., Шулаков Н.В., Крутяков Е.А. Проблемы пуска сверхмощных синхронных машин. – Ленинград: Наука, 1988.
2. Лазарев Г.Б., Костин В.Н. Ограничение коммутационных перенапряжений в схеме пуска мощных синхронных машин от высоковольтных преобразователей частоты. – Электротехника, 1991, №5.




Инженерный центр ЭНЭЛ
ЭНЭЛ — современные тенденции энергосбережения
Россия, Москва, 115201, Каширское шоссе, 22, корп. 3, офис 825
Тел./факс: +7 (499) 613-97-81
E-mail: info@center-enel.ru

*