Модернизация высокочастотных систем возбуждения турбогенераторов
Проект модернизации на Пензенской ТЭЦ
В настоящее время в стране находятся в эксплуатации большое количество турбогенераторов мощностью 60, 100, 120, 220, 300 и 500 МВт, с высокочастотными (ВЧ) системами возбуждения на базе панелей автоматического регулирования типа ЭПА-120, ЭПА-325В, ЭПА-305, ЭПА-500, выполненных на магнитных усилителях. Панели регулирования этих систем возбуждения не удовлетворяют требованиям ГОСТ 21558-2000, а их элементная база снята с производства. В тоже время техническое состояние многих турбогенераторов позволяет продлить на определенное время срок их эксплуатации.
Как поступить в этом случае? Наиболее очевидное, но затратное решение – заменить ВЧ-систему возбуждения на статическую тиристорную систему самовозбуждения. Такая замена возможна (при условии сохранения уровня надежности энергосистемы, учитывая, что заменяется независимая система возбуждения, имеющая свой силовой источник энергии – например паровую турбину) на систему самовозбуждения, источником энергии для которой является собственно турбогенератор.
Второе решение – замена высокочастотного возбудителя типа ВГТ на трехфазный пятидесятигерцовый возбудитель с сохранением присоединительных размеров ВГТ.
И последнее решение – модернизация ВЧ-системы возбуждения.
Модернизация включает: доведение технических характеристик до уровня системы, отвечающей ГОСТ 21558-2000; применение современной аппаратуры при максимальном использовании существующего на станции оборудования. Разумеется, затраты на модернизацию значительно ниже, чем в первых двух вариантах.
Еще одна задача модернизации - повышение быстродействия системы, имеющей в своей основе инерционный возбудитель. Задача эта решена за счет охвата жесткой отрицательной обратной связью по напряжению возбуждения главного генератора, и повышение потолка напряжения возбуждения возбудителя до 5 ед. возб. ном. Реализация этих мер в ВЧ-системе обеспечила скорость нарастания напряжения возбуждения не менее 7 -10 ед. возб. ном/с, что позволяет осуществлять сильное регулирование возбуждения без замены основного оборудования.
Модернизация ВЧ-систем возбуждения применима ко всем турбогенераторам мощностью от 60 до 500 МВт.
В 2008 году на Пензенской ТЭЦ введена в эксплуатацию модернизированная высокочастотная система КОСУР 501-1700-280-2,0 УХЛ4 турбогенератора ТВФ-120, оборудование для которой разработано и поставлено научно-производственным предприятием «РУСЭЛПРОМ-Электромаш».
Технические данные системы:
*номинальный ток возбуждения: 1700 А;
*номинальное напряжение возбуждения: 280В;
*кратность форсировки по току и напряжению – 2.
В комплект поставки входят:
*преобразовательный трансформатор (ТПС 1 и ТПС 2) – 2шт;
*шкаф управления ШУ501 – 1шт;
*шкаф диодного выпрямителя с частотой 50Гц – ШДВ 50 – 1шт;
*шкаф диодного выпрямителя с частотой 500Гц – ШДВ 500 – 1шт.
Схема электрическая принципиальная реконструированной системы возбуждения с высокочастотным генератором ВГТ и трансформатором компаундирующим ТК:
Темным цветом на схеме выделены новые составляющие ВЧ-системы, поставленные при модернизации.
В режиме холостого хода генератора ток возбуждения обеспечивается только диодным мостом ШДВ500, получающим питание от ВГТ. При включении генератора в сеть вторичный ток трансформатора компаундирования после выпрямления диодным мостом ШДВ50 подается в обмотку возбуждения генератора. Таким образом, при работе в энергосистеме ток ротора является суммой двух токов - ВГТ и ТК.
Сериесная обмотка возбуждения ВГТ из работы исключена. Независимые обмотки соединены последовательно.
Для улучшения показателей надежности система возбуждения вспомогательного генератора выполнена двухканальной со стопроцентным резервированием по силовому оборудованию, по системам управления и регулирования возбуждением.
В канал входит питающий трансформатор ТПС, тиристорный преобразователь ТП и система управления, которая выполняет функции цифрового регулятора АРВ, системы управления тиристорами (СУТ), системы управления возбуждением (СУВ) и комплекса защит системы возбуждения (КЗВ). Тиристорные преобразователи подключаются к обмотке ВГТ через разъединители. Это позволяет в случае отказа одного из каналов вывести его из работы для выполнения ремонтных работ. Питающие трансформаторы ТПС1 и ТПС2 подключаются к разным секциям собственных нужд 0,4 кВ. В работе постоянно находится один канал возбуждения, второй находится в резерве со снятыми импульсами управления.
По факту выявления неисправности система управления, автоматически производит переключение на резервный канал.
Каждый канал системы управления имеет встроенные функции самоконтроля и диагностики, существенно повышающие надежность системы в целом и сокращающие время поиска неисправностей. Информация о работе устройств передается на блочный пульт управления, в АСУ ТП, а также она может быть просмотрена с помощью универсальной панели оператора (УНИПО). Кроме того, каждое устройство имеет разъем с каналом RS-232 и массив аварийной информации может быть переписан на ПК для дальнейшего анализа. Связь с АСУ ТП может осуществляться с протоколами обмена Modbus RTU, Profibus DP и Ethernet.
Микропроцессорная система управления возбуждением представляет собой распределенную систему, содержащую контроллер, выполняющий функции АРВ, системы управления тиристорным преобразователем (СУТ), управлением возбуждением (СУВ) и защит возбудителя; контроллера ОВ измерения параметров обмотки возбуждения и контроллера ШДВ мониторинга шкафа диодного выпрямителя. Все эти микропроцессорные устройства объединены в локальную сеть на базе интерфейса CAN.
Шкаф ШУ 501 ВЧ-системой возбуждения
В этом шкафу размещена кассета управления (два канала), тиристорные преобразователи – 2 шт., модули вторичного электропитания, выходные реле, опторазвязывающие преобразователи, устройство контроля изоляции возбудителя и контроллер-интегратор локальной сети (он хорошо виден внизу справа на фото шкафа управления с открытой дверью).
Диодный выпрямитель представляет собой диодный мост, собранный на лавинных диодах. Охлаждение диодов - принудительное воздушное. Для измерения температуры диодов мост оснащен терморезисторами. В преобразователе на стороне переменного тока установлено защитное устройство, состоящее из R-C цепочек, соединенных в треугольник и защищающее преобразователь от коммутационных перенапряжений. В каждом плече последовательно с диодами установлены предохранители, блок-контакты которых используются в схеме контроля перегорания предохранителей.
В преобразовательных мостах установлены специальные контроллеры ШДВ для мониторинга диодного выпрямителя, выполняющие следующие функции:
измерения напряжений 500 Гц высокочастотного возбудителя;
измерения токов в фазах высокочастотного возбудителя;
измерения температур шести охладителей диодных мостов и температуры внутри шкафа;
управления двумя вентиляторами шкафа и контроля за их функционированием;
контроля двух источников питания аппаратуры шкафа;
ввода двух и вывода двух дискретных сигналов сигнализации с напряжением 220V;
ввода 24 дискретных сигналов состояния оборудования шкафа;
вывода двух сигналов индикации на двери шкафа;
обеспечения внешних связей по гальванически изолированным интерфейсам: одному CAN и двум полудуплексным RS-485.
Для всех восьми вводимых аналоговых сигналов производится необходимая цифроаналоговая обработка как на уровне входных аналоговых схем, так и после оцифровки, средствами цифрового сигнального процессора (DSP). Все входы и выходы контроллера ШДВ обеспечивают одновременную работу двух таких контроллеров по правилу логического ИЛИ.
В шкафу ШДВ 500 эти контроллеры установлены внизу шкафа. Кроме указанных контроллеров, в нем установлены микропроцессорные устройства измерения параметров режима обмотки возбуждения.
Шкаф диодного выпрямителя ШДВ 500 (вид спереди и сзади)
Контроллер обмотки возбуждения (далее контроллер ОВ) предназначен для:
измерения тока обмотки возбуждения генератора;
измерения напряжения на обмотке возбуждения генератора;
вывода двух сигналов защит;
обеспечения внешних связей по гальванически изолированным интерфейсам: одному CAN и двум полудуплексным RS-485.
Для вводимых аналоговых сигналов производится необходимая цифроаналоговая обработка как на уровне входных аналоговых схем, так и, после оцифровки, средствами цифрового сигнального процессора (DSP). Все входы и выходы контроллера ОВ обеспечивают одновременную работу двух таких контроллеров по правилу логического ИЛИ.
Системы возбуждения после модернизации обеспечивают следующие режимы работы:
1.Начальное возбуждение осуществляется от сети собственных нужд 380В станции;
2.Холостой ход;
3.Включение в сеть методом точной (автоматической или ручной) синхронизации;
4.Работу в объединенной или автономной энергосистемах с нагрузками от холостого хода до номинальной, а также с перегрузками, соответствующими ГОСТ 52776-2007 и ГОСТ 533;
5.Останов агрегата в нормальных и аварийных режимах;
6.Форсировку возбуждения с заданной кратностью и настраиваемой уставкой реле форсировки и развозбуждение при нарушениях в энергосистеме, вызывающих соответственно снижение или увеличение напряжение на шинах станции или генератора по отношению к заданной статической характеристике;
7.Развозбуждение и гашение поля при нормальной остановке генератора переводом тиристорного преобразователя в цепи возбуждения в инверторный режим;
8.Гашение поля в аварийных режимах при действии защит переводом преобразователя в инверторный режим и отключением автомата гашения поля;
9.Поддержание напряжения статора генератора по пропорционально интегродифференцирующему закону с системной стабилизацией по отклонению частоты, ее производной и производной тока ротора генератора;
10.Поддержание напряжения на выходах генератора в соответствии с заданной уставкой с точностью 1% относительно заданной статической характеристики. При этом величина статизма регулирования может устанавливаться персоналом в диапазоне от 0 до 20%;
11.Программное возбуждение до 95 ± 5% номинального напряжения генератора и программное развозбуждение при плановом останове;
12.Разгрузку генератора по реактивной мощности с точностью ± 5% от номинального значения при останове;
13.Местное и дистанционное изменение уставки регулятора со скоростью 0,5% в секунду в диапазоне от 80 до 110% номинального напряжения генератора;
14.Ограничение перегрузки ротора по времязависимой характеристике в соответствии с данными генератора;
15.Ограничение минимального тока возбуждения в зависимости от активного тока генератора;
16.Независимость напряжения на вывода генератора от частоты в диапазоне от 50 до 45 Гц при работе на холостом ходу либо снижение уставки напряжения на 1% при уменьшении частоты на 1% в том же диапазоне частот.
Оборудование для модернизации систем возбуждения проходит полный цикл заводских испытаний: проверка и наладка контроллеров; проверка их работы в локальной сети; проверка алгоритмов работы системы управления ВЧ-возбудителем на цифровой модели турбогенератора, ВГТ и энергосистемы; проверка на электродинамической модели; прогрузка диодных мостов максимальным током, а также прогрузка этих шкафов при номинальном напряжении. Все эти мероприятия позволили сократить время пуско-наладочных работ до 5 ÷ 10 дней.
ЗАО «НПП «РУСЭЛПРОМ-Электромаш» выполняет полный цикл работ со сдачей объекта «под ключ»: выбор схемы резервирования аппаратуры (одноканальная или двухканальная система), необходимость замены диодных преобразователей, разработка технического проекта, проведения монтажных и пуско-наладочных работ.
Источник: http://www.energo-info.ru