analiza sistemului de excitaȚie de curent continuu cu ... · reglajul curentului de excitație iex...

8
HD-49-STUD, „49 de ani de învăţământ superior hunedorean” ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE CURENT CONTINUU CU COLECTOR LA UN HIDROGENERATOR DE PUTERE MARE AUTOR: TODESCU MIHAI COORDONATOR: CONF.DR.ING. GABRIEL NICOLAE POPA, SENIOR MEMBER IEEE AFILIERE AUTOR: UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ TIMIŞOARA, FACULTATEA DE INGINERIE HUNEDOARA AFILIERE COORDONATOR: UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ TIMIŞOARA, FACULTATEA DE INGINERIE HUNEDOARA REZUMAT În această lucrare se propune analiza excitației (cu excitatoare de curent continuu cu colector) unui generator de putere mare care poate fi controlat automat sau manual. Excitația prin procesul automat se face de către regulatorul automat de tensiune (RAT) de tipul SAREX - 42A, iar excitația prin procesul manual se face prin bloc de excitație manuală (BEM). Circuitul este format din: poli principali (statorici), reostatul de excitație, rezistență de dezexcitare a excitatoarei, polii de comutație (auxiliari), indusul (rotorul) și ADR (automat de dezexcitare rapidă). Prin excitarea automată SAREX-42A se reglează automat tensiunea la borne, se egalizează tensiunea la borne, se reglează plafonul de forțare a excitației și se va urmări tensiunea de excitație, curentul de excitație, curentul în stator pe fiecare fază și tensiunea la bornele generatorului. CUVINTE CHEIE: Hidrogenerator, excitație, producerea energiei electrice, acționări. 1. INTRODUCERE Amenajare CHE O amenajare hidroelectrica cuprinde mai multe construcții speciale pentru captarea, colectarea și acumularea apei, pentru aducerea apei la turbină și pentru evacuarea acesteia după utilizare. Principalele elemente componente ale centralelor hidroelectrice sunt: lacul de acumulare, barajul, priza de apă, aducțiunea, castelul de echilibru, conducta forțată, distribuitorul, turbinele hidraulice, hidrogeneratoarele, canalul de fugă și captări și acumulări secundare, stația electrică (Fig. 1) [1].

Upload: others

Post on 11-Sep-2019

30 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE CURENT CONTINUU CU ... · Reglajul curentului de excitație Iex al excitatoarei se realizează prin variația rezistenței ohmice Rex a BEM-ului

H D - 4 9 - S T U D , „ 4 9 d e a n i d e î n v ă ţ ă m â n t s u p e r i o r h u n e d o r e a n ”

ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE

CURENT CONTINUU CU COLECTOR LA UN HIDROGENERATOR DE PUTERE MARE

AUTOR: TODESCU MIHAI

COORDONATOR: CONF.DR.ING. GABRIEL NICOLAE POPA, SENIOR MEMBER IEEE

AFILIERE AUTOR: UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ TIMIŞOARA,

FACULTATEA DE INGINERIE HUNEDOARA AFILIERE COORDONATOR: UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ TIMIŞOARA,

FACULTATEA DE INGINERIE HUNEDOARA

REZUMAT În această lucrare se propune analiza excitației (cu excitatoare de curent continuu cu colector) unui

generator de putere mare care poate fi controlat automat sau manual. Excitația prin procesul automat se face de către regulatorul automat de tensiune (RAT) de tipul SAREX - 42A, iar excitația prin procesul manual se face prin bloc de excitație manuală (BEM). Circuitul este format din: poli principali (statorici), reostatul de excitație, rezistență de dezexcitare a excitatoarei, polii de comutație (auxiliari), indusul (rotorul) și ADR (automat de dezexcitare rapidă). Prin excitarea automată SAREX-42A se reglează automat tensiunea la borne, se egalizează tensiunea la borne, se reglează plafonul de forțare a excitației și se va urmări tensiunea de excitație, curentul de excitație, curentul în stator pe fiecare fază și tensiunea la bornele generatorului.

CUVINTE CHEIE: Hidrogenerator, excitație, producerea energiei electrice, acționări.

1. INTRODUCERE

Amenajare CHE

O amenajare hidroelectrica cuprinde mai multe construcții speciale pentru captarea, colectarea și acumularea apei, pentru aducerea apei la turbină și pentru evacuarea acesteia după utilizare.

Principalele elemente componente ale centralelor hidroelectrice sunt: lacul de acumulare, barajul, priza de apă, aducțiunea, castelul de echilibru, conducta forțată, distribuitorul, turbinele hidraulice, hidrogeneratoarele, canalul de fugă și captări și acumulări secundare, stația electrică (Fig. 1) [1].

Page 2: ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE CURENT CONTINUU CU ... · Reglajul curentului de excitație Iex al excitatoarei se realizează prin variația rezistenței ohmice Rex a BEM-ului

H D - 4 9 - S T U D , „ 4 9 d e a n i d e î n v ă ţ ă m â n t s u p e r i o r h u n e d o r e a n ”

Fig.1 Amenajare CHE Principalul element al unei centrale hidroelectrice este hidrogeneratorul. Hidrogeneratorul este o mașina sincronă cu poli aparenți, ce transformă energia

mecanică primită de la turbina de tip Francis (în acest caz) în energie electrică, pe care o debitează într-o rețea de curent alternativ [4-7].

Analiza constă într-un hidrogenerator cu turbină de tip Francis care face parte din gama de puteri mari, iar puterea maximă instalată pe acest hidrogenerator este de 75 MW.

Obiectul prezentei lucrări este de a analiza sistemul de excitație de curent continuu cu colector la un hidrogenerator de putere mare.

Siguranța în funcționare a unui sistem de excitație depinde de gradul de autonomie al lui față de generator de complexitatea instalațiilor prin care se asigură excitarea generatorului si fiabilitatea fiecărui element component în parte. Alegerea sistemului de excitație se face în funcție de tipul generatorului, de puterea lui nominală, de turația lui nominală, de unele cerințe ale rețelei la care este conectat [2,3].

Sursa de curent continuu, în acest caz, este un generator de curent numit excitatoare, care este cu excitație în derivație (Fig. 2). Părțile principale ale excitatoarei sunt statorul și rotorul.

Statorul este format din: Carcasa – este executată din tablă de oțel laminată având rolul de fixare demontabilă a

polilor principali și auxiliari (de comutație) și jugul statoric de închidere a circuitului magnetic. Pe exteriorul carcasei sunt prevăzute ferestre de aerisire și de acces la partea de colector pentru curățare și montarea periilor colectoare.

Polii principali și auxiliari – sunt confecționați din tablă silicioasă slab aliată cu siliciu, ștanțată și asamblată în pachete, după presare. Polii principali sunt de dimensiuni mari, iar între aceștia sunt amplasați polii auxiliari (de comutație) de dimensiuni mici.

Bobinajul de excitație – conține bobinajul polilor principali, formați din galeți care formează înfășurarea de excitație și cea de dezexcitare. Bobinele sunt confecționate din conductor de secțiune dreptunghiulară de secțiune mică, izolat cu lac electroizolant, iar la exterior bobinele sunt izolate cu bandă, care face parte din clasa B de izolație, și bobinajul polilor auxiliari care este confecționat din conductor cu secțiune dreptunghiulară (de secțiune

Page 3: ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE CURENT CONTINUU CU ... · Reglajul curentului de excitație Iex al excitatoarei se realizează prin variația rezistenței ohmice Rex a BEM-ului

H D - 4 9 - S T U D , „ 4 9 d e a n i d e î n v ă ţ ă m â n t s u p e r i o r h u n e d o r e a n ”

mare) cu număr mic de spire (fiind parcurs de curentul principal de excitație al generatorului), iar izolația este similară cu cea a polilor principali.

Bornele și cutia de borne – este situată pe partea laterală a carcasei fiind atât pentru circuitul principal de excitație, cât si pentru circuitul de excitație al excitatoarei. Este confecționată din sticlotextolit si borne de alamă, iar capacul este din aliaj de aluminiu [2,3].

Rotorul este format din: Circuitul magnetic si bobinajul indus – format din tole de table silicioase, cu

crestături deschise în care este montat bobinajul indusului. Colectorul – este format din lamele de cupru, izolate cu micanita specială, fiind

asamblat prin presare la cald. Capetele de bobină sunt asamblate prin lipitură cu aliaj special (castolin) în stegulețe, care constituie partea terminală a lamelelor de colector.

Ansamblul port-perii și perii colectoare – periile de contact confecționate din cupru grafitat tip GR 20-25, culeg curentul continuu de la colector și îl transmit prin cablu la borne. Periile sunt montate în port perii metalice susținute pe suportul periilor, iar arcurile de presiune prevăzute asigură contactul dintre perii și colector.

Fig.2 Excitatoarea unui hidrogenerator cu sistem de excitație de curent continuu cu

colector, cu puterea de 75 MW

2. ELEMENTE COMPONENTE

Excitația prin procesul automat se face de către regulatorul automat de tensiune (RAT) de tipul SAREX - 42A, iar excitația prin procesul manual se face prin bloc de excitație manuală (BEM), având următoarele părți componente [3,7]:

Reostatul de excitație Reostatul de excitație din circuitul polilor rotorici ai excitatoarei asigură reglarea

tensiunii excitatoarei prin intermediul unui servomotor comandat de la distanță (Fig. 3). Elementele componente sunt: Carcasa din schelet metalic (cornier) îmbrăcat cu tablă

de oțel perforată pentru asigurarea ventilației, prevăzută cu suporți interiori pentru fixarea ramelor cu rezistență și ușă cu geam de sticlă organică pentru protecție și controlul vizual al ploturilor.

Rezistența, confecționată din conductor de constantan, dispusă pe izolatori călăreți din porțelan, aşezați pe rame metalice izolate cu bandă de sticlă impregnată cu lac siliconic. Legăturile de la prizele acestei rezistențe la ploturi şi între rame sunt executate din conductor

Page 4: ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE CURENT CONTINUU CU ... · Reglajul curentului de excitație Iex al excitatoarei se realizează prin variația rezistenței ohmice Rex a BEM-ului

H D - 4 9 - S T U D , „ 4 9 d e a n i d e î n v ă ţ ă m â n t s u p e r i o r h u n e d o r e a n ”

de cupru izolat cu fire de sticlă. Contactele fixe, constituite din ploturi de alamă, montate pe o placă din straticel, pe care sunt montate cele 2 întrerupătoare de fine de cursă pentru legături la circuitul de semnalizare și la servomotor. Contactele mobile sunt constituite dintr-un braț mobil, pe care sunt fixate contactele pentru inel şi pentru rândurile prevăzute cu ploturi. Brațul este confecționat din placă de stratitex, iar contactele din alamă. Presiunea de contact se realizează printr-un arc reglabil.

Dispozitivul de manevrare este format dintr-un ax ghidat pe 2 lagăre cu rulmenți (unul oscilant și altul cu bile). La un capăt al axului este prevăzut dispozitivul manual sau cu servomotor, trecerea de la o acționare la alta efectuându-se cu o cuplă electromagnetică.

Placa de borne este formată dintr-o placă de stratitex pe care sunt prevăzute borne pentru legarea în schemă a reostatului și pentru legarea rezistenței adiționale fixe, cât și pentru semnalizarea și comanda servomotorului. Bornele sunt confecționate din alamă și protejate printr-o cutie de tablă.

Fig.3 Reostat de excitație Rezistența de dezexcitare a excitatoarei Rezistenta de dezexcitare a excitatoarei are următoarele părți constructive: Carcasa este executată din schelet metalic îmbrăcat cu tablă perforată de oțel, pentru

a permite circulația aerului. În interior sunt prevăzuți suporți pentru montarea ramelor de rezistențe.

Rezistența este confecționată din sârmă de cromnichel dispusă pe izolatori călăreți din porțelan. Aceștia sunt așezați pe ramă metalică izolată cu micafoliu şi bandă de sticlă impregnată cu lac siliconic. Legăturile dintre rezistențe şi placa de borne sunt executate din cupru.

Cutia de borne conține placa de borne, executată din stratitex pe care se montează bornele de legătură si capacul de tablă de oțel, pentru protejarea părților aflate sub tensiune.

Rezistența de dezexcitare rapidă a hidrogeneratorului Rezistența de dezexcitare rapidă a hidrogeneratorului formată din: Carcasa suport din profile de oțel si înveliș de table perforate. Rezistența formată din

elemenți de fontă turnată pe suporți izolanți ceramici. Automatul de dezexcitare rapidă (ADR) Sistemele de protecție prin relee ale generatorului sincron îndeplinesc una sau mai

multe funcțiuni, una dintre ele este: Comanda de acționare a automatului de dezexcitare rapidă (ADR) (Fig. 4). Concomitent cu transmiterea comenzii de declanșare a întrerupătorului generatorului,

protecția prin relee comandă si acționarea automatului dezexcitare rapidă, care întrerupe circuitul rotoric al mașinii sincrone generatoare, comutându-l pe o rezistență de stingere a câmpului de 4-5 ori mai mare decât rezistența bobinajului rotoric. Tot odată in circuitul de excitație al excitatoarei se introduce o rezistență suplimentară, circa 10 ori mai mare decât

Page 5: ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE CURENT CONTINUU CU ... · Reglajul curentului de excitație Iex al excitatoarei se realizează prin variația rezistenței ohmice Rex a BEM-ului

H D - 4 9 - S T U D , „ 4 9 d e a n i d e î n v ă ţ ă m â n t s u p e r i o r h u n e d o r e a n ”

rezistența bobinajului de excitație, pentru limitarea curentului de excitație si evitarea producerii supratensiuni la bornele excitatoarei.

Fig.4 Automat de dezexcitare rapidă (ADR)

Regulatorul automat al excitației tip SAREX – 42 A Regulatorul automat al excitației de tip SAREX – 42 A din (Fig. 5) are următoarele

componente: Boxa de prescriere consemn și comparator diferențial – PCCD. Realizează comparația

dintre valoarea unei tensiuni de referință si semnalul de intrare (care reprezintă tensiunea la borne). Mărimea diferențială, astfel obținută, este preamplificată şi transmisă apoi etajului (boxei) următoare.

Fig.5 Schema bloc a regulatorului automat de excitație tip SAREX – 42 A Boxa regulator automat cu amplificatoare magnetice - RPDAM. Realizează

amplificarea de putere medie a semnalului primit de la boxa PCCD. Amplificatoare finale (AFe și AFd). Reprezintă etajele de putere ale regulatorului,

care alimentează înfășurarea de excitație şi cea de dezexcitație a excitatoarei. În afara schemei bloc, regulatorul mai conține următoarele etaje (boxe) cu funcții

speciale: Boxa de alimentare si stabilizare a tensiunii alternative ș continue ASTAC.

Furnizează sistemul de tensiuni necesare funcționării celorlalte boxe.

Page 6: ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE CURENT CONTINUU CU ... · Reglajul curentului de excitație Iex al excitatoarei se realizează prin variația rezistenței ohmice Rex a BEM-ului

H D - 4 9 - S T U D , „ 4 9 d e a n i d e î n v ă ţ ă m â n t s u p e r i o r h u n e d o r e a n ”

Boxa de protecție maxim-minim- PMAM. Are rolul de a limita curentul (tensiunea) de forțare a excitației şi temporizarea aferentă.

Boxa de egalizare a tensiunii – ET. Are rolul de egalizare a tensiunii generatorului cu cea a sistemului (de pe barele stației - Ub) pentru realizarea condiției de cuplare în paralel.

Dispozitivul de limitare a unghiului intern. Are rolul de a nu permite creșterea unghiului intern la valori mari, în vederea asigurării unei rezerve corespunzătoare de stabilitate statică şi dinamică.

Boxa de comutare automată din regim automat în regim manual și invers.

3. EXPERIMENTĂRI

Funcționarea excitării generatorului prin sistemul de excitație de curent continuu cu colector se execută după următoarea schemă (Fig. 6).

Fig.6 Schema de principiu a sistemului de excitație cu excitatoare de curent continuu

cu colector. Funcționarea excitării generatorului prin sistemul automat al reglării excitației

SAREX se asigură conform schemei: Trecerea de pe BEM pe SAREX se efectuează prin comutarea ecliselor in poziția

figurată cu linie plină, care comandă excitarea și dezexcitarea excitatoarei în regim automat. Racordarea mărimilor de intrare (tensiunea și curentul) de la bornele generatorului

care, după o prelucrare primară adecvată, comandă sistemul complex al procesului de reglare automată.

Prin SAREX se permit următoarele reglaje: -Tensiunea la borne; -Egalizarea tensiunii la borne cu tensiunea sistemului; -Plafonul de forțare a excitației; -Limitarea unghiului intern. Excitația manuală BEM, se produce conform schemei :

Page 7: ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE CURENT CONTINUU CU ... · Reglajul curentului de excitație Iex al excitatoarei se realizează prin variația rezistenței ohmice Rex a BEM-ului

H D - 4 9 - S T U D , „ 4 9 d e a n i d e î n v ă ţ ă m â n t s u p e r i o r h u n e d o r e a n ”

Pentru trecerea pe BEM eclisele de asigurare a alimentării polilor de excitare a

excitatoarei se comută în poziția figurată punctat. Rezistența de dezexcitare a excitatoarei Rd este șuntată de contactorul C.L. Reglajul curentului de excitație Iex al excitatoarei se realizează prin variația

rezistenței ohmice Rex a BEM-ului. Realizarea amorsării și variației tensiunii Uex la bornele excitatoarei este în funcție de

valoarea rezistenței Rex a BEM-ului. Reglajul manual prin BEM permite: -Amorsarea excitatoarei și creșterea progresivă a tensiunii la bornele generatorului la

mers în gol; -Asigurarea încărcării generatorului cu energie reactivă, la parametrii nominali prin

variația curentului de excitație pană la valoarea nominală; -Dezexcitatarea rapidă a excitatoarei și a generatorului prin înserierea rezistențelor.

Fig.7 Reprezentarea grafică a fenomenului de formare a tensiunii de excitație Uex

funcție de variația rezistenței reostatului de excitație Rex. Tabel 1. Măsurători experimentale.

Ora Puterea Te

nsiunea Curent

stator [KA]

Tensiunea de excitație

Curentul de excitație

P Q U Ue[

V] Ie

[A] [

MW]

[MVAr] [

KV] KA] KA] KA] [

V] [

A] 7

3 1

0 14,

5 ,9 ,9 ,9 1

00 7

50 7

3 1

0 14,

5 ,9 ,9 ,9 1

00 7

50

0 7

3 1

0 14,

5 ,9 ,9 ,9 1

00 7

50

1 7

3 1

0 14,

5 ,9 ,9 ,9 1

00 7

50

2 7

3 1

0 14,

5 ,9 ,9 ,9 1

00 7

50

3 7

3 1

2 14,

5 ,9 ,9 ,9 1

05 7

60

4 7

3 1

2 14,

5 ,9 ,9 ,9 1

05 7

60

Page 8: ANALIZA SISTEMULUI DE EXCITAȚIE DE CURENT CONTINUU CU ... · Reglajul curentului de excitație Iex al excitatoarei se realizează prin variația rezistenței ohmice Rex a BEM-ului

H D - 4 9 - S T U D , „ 4 9 d e a n i d e î n v ă ţ ă m â n t s u p e r i o r h u n e d o r e a n ”

Experimentul s-a realizat pe un hidrogenerator cu puterea de 75 MW cu sistem de excitație de curent continuu cu colector. Experimentul constă în preluarea si urmărirea datelor de către personalul din exploatare pentru siguranța funcționarii hidrogeneratorului in condiții optime. În acest experiment am preluat datele întregului sistem de excitație ale personalului din exploatare pe care le-am urmărit pe durata funcționarii hidrogeneratorului (Tabel 1).

Pornirea, oprirea și reglarea puterii hidrogeneratorului este comunicată de către dispeceratul din cadrul sistemului național energetic.

4. CONCLUZII

Aceasta lucrare reprezintă un studiu asupra realizării sistemului de excitație de curent continuu cu colector al unui hidrogenerator de putere mare, care poate fi controlat in regim automat prin SAREX cat și prin regim manual BEM, pentru excitarea unui hidrogenerator in cauza producerii energiei electrice.

Hidroelectrica este lider in producția de energie electrică și principalul furnizor de servicii tehnologice necesare în sistemul energetic național. În anul 2017 Hidroelectrica a fost premiată cu locul I pentru cel mai mare profit realizat în rândul companiilor din estul Europei, cea mai valoroasă companie românească, cea mai importantă redresare financiară și cea mai valoroasă în topul național al firmelor.

5. BIBLIOGRAFIE

[1] Mârzan Emil - Hidrogeneratoare verticale, Editura Tehnică, București, 1999. [2] Gheorghiu N. - Echipamente electrice, Editura Tehnică, București, 1981. [3] Buhus P., Heinric I., Preda L., Selischi A. - Partea electrică a centralelor electrice, Editura Tehnică,

București, 1983. [4] www. Blogspot.com [5] www. Răsfoiesc.com [6] www. Creează.com [7] www. Magazin electric.com