СИСТЕМА МОНИТОРИНГА АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ В СОСТАВЕ БЕСЩЕТОЧНЫХ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ Российский патент 2015 года по МПК H02J3/24 H02J13/00 G01R31/40 H02P9/14 

Область техники

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использована для оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения (АРВ), применяющихся в составе бесщеточных систем возбуждения (БСВ) генераторов электроэнергетических систем (ЭЭС).

Уровень техники

В настоящее время в практике электромашиностроения для возбуждения синхронных генераторов широко применяются бесщеточные системы возбуждения (БСВ). Применение БСВ благодаря их главному достоинству - отсутствию скользящего контакта в цепи обмотки ротора турбогенератора, позволяет обеспечить возбуждение сверхмощных машин, токи возбуждения которых превышают 5500 А. Кроме того, использование БСВ приводит к существенному уменьшению массогабаритных показателей аппаратуры возбуждения. Поэтому БСВ применяются на большинстве генераторов мощностью 500 МВт и всех генераторах мощностью 1000 МВт и 1200 МВт атомных электростанций ЕЭС России.

Бесщеточные системы возбуждения широко применяются также для генераторов малой мощности. БСВ устанавливаются на большинстве генераторов мощностью до 50 МВт, изготовленных в России, а также многих генераторах мощностью до 150 МВт, изготовленных за рубежом. Последние поставляются в Россию для регулирования возбуждения генераторов паровых турбин в составе парогазовых энергоблоков.

Устойчивая и надежная параллельная работа российских энергосистем во многом зависит от правильной и эффективной работы БСВ и АРВ генераторов. Существенным фактором, снижающим системную надежность, является отсутствие оперативных средств контроля функционирования АРВ генераторов в составе БСВ с целью обеспечения анализа их работы в режиме онлайн.

В настоящее время в ЕЭС России находится в эксплуатации система мониторинга системных регуляторов в части АРВ и систем возбуждения (СМСР), которая выполняет контроль работоспособности устройств АРВ и систем возбуждения (СВ) при управлении режимами ЭЭС по данным текущей регистрации параметров режима работы генераторов в различных режимах работы - эксплуатационных, аварийных, особых (режим ограничения минимального возбуждения и режим ограничения двукратного значения тока ротора) [1].

Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения и систем возбуждения генераторов (RU 132637 U1, H02J 3/24, H02J 13/00, 20.09.2013) содержит: датчики режимных параметров генераторов; измерительные преобразователи, осуществляющие формирование привязанных к системе единого времени цифровых режимных параметров контролируемых генераторов; анализатор функционирования АРВ-СВ генераторов электростанции со специально разработанным программным обеспечением, предназначенный для выполнения алгоритмической обработки полученных данных; выходной регистратор ЭЭС, на который поступают сигналы о состоянии АРВ и СВ генераторов с анализатора функционирования АРВ-СВ генераторов электростанции; датчики дискретных сигналов штатной автоматики системы возбуждения контролируемых генераторов и локальную сеть для связи измерительных преобразователей и датчиков дискретных сигналов с анализатором функционирования АРВ-СВ генераторов электростанции.

Недостатком существующей СМСР является то, что она не может применяться для мониторинга функционирования БСВ и АРВ синхронных генераторов, так как не позволяет обеспечить контроль функционирования ограничителя максимального напряжения возбуждения и ограничителя тока возбуждения бесщеточного возбудителя, наличие которых предусмотрено СТО [2].

Система мониторинга системных регуляторов в части АРВ и систем возбуждения (СМСР) [1] принимается за прототип.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом является создание системы мониторинга функционирования АРВ в составе БСВ генераторов электростанции или генераторов ЭЭС в целом, которая выполняет контроль работоспособности устройств АРВ в составе БСВ при управлении режимами ЭЭС по данным текущей регистрации параметров режима работы генераторов в различных режимах работы - эксплуатационных, аварийных, особых (режим ограничения минимального возбуждения, режим ограничения двукратного значения тока возбуждения возбудителя и режим ограничения двукратного значения напряжения возбуждения).

Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения в составе бесщеточных систем возбуждения генераторов ЭЭС при различных режимах работы, как и СМСР по [1], принятая за прототип, содержит:

- датчики режимных параметров генераторов для измерения мгновенных значений фазных напряжений и токов трех фаз генератора и напряжения генератора за исключением датчиков тока возбуждения генератора;

- измерительные преобразователи, осуществляющие формирование привязанных к системе единого времени цифровых режимных параметров;

- датчики дискретных сигналов штатной автоматики системы возбуждения контролируемых генераторов;

- анализатор функционирования АРВ-СВ генераторов электростанции;

- локальную сеть для связи измерительных преобразователей и датчиков дискретных сигналов с анализатором функционирования АРВ-СВ генераторов электростанции.

Следующие признаки предлагаемого изобретения являются отличительными:

- устанавливается датчик тока возбуждения бесщеточного возбудителя; при этом исключается датчик тока возбуждения генератора¹ (¹измерение тока возбуждения генератора в бесщеточной системе возбуждения невозможно вследствие отсутствия измерительных колец на роторе);

- в программное обеспечение анализатора функционирования АРВ-СВ включаются алгоритмы, позволяющие в режиме онлайн на основе поступающей информации идентифицировать:

- некорректность работы ограничителя двукратного тока возбуждения бесщеточного возбудителя;

- некорректность работы ограничителя двукратного напряжения возбуждения генератора.

При этом из программного обеспечения анализатора исключается алгоритм, позволяющий в режиме онлайн на основе поступающей информации идентифицировать некорректность работы ограничителя двукратного тока возбуждения¹.

При необходимости анализатор периодически посылает сообщение о функционировании АРВ в составе БСВ на выходной регистратор ЭЭС. При обнаружении неисправности посылаемое сообщение содержит информацию о возникновении неисправности и ее виде.

Осуществление изобретения

Блок-схема заявляемой системы мониторинга АРВ в составе БСВ генераторов представлена на чертеже.

Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения в составе бесщеточных систем возбуждения генераторов содержит: датчики 1 режимных параметров генераторов; датчики 2 дискретных сигналов штатной автоматики системы возбуждения контролируемых генераторов, датчики 3 токов возбуждения бесщеточных возбудителей, измерительные преобразователи 4, систему единого времени 5, локальную сеть 6, анализатор 7 функционирования АРВ в составе БСВ и выходной регистратор ЭЭС 8.

На схеме: Uf - напряжение возбуждения генератора; Uф и Iф - фазное напряжение и фазный ток генератора; Ifв - ток возбуждения бесщеточного возбудителя.

На основе аналоговой информации, поступающей со штатных датчиков 1 режимных параметров генераторов - мгновенных значений фазных напряжений и токов трех фаз генератора, напряжения возбуждения генератора, а также штатных датчиков 3 токов возбуждения бесщеточных возбудителей, измерительные преобразователи 4 осуществляют формирование привязанных к системе единого времени 5 (синхронизированных) цифровых режимных параметров контролируемых генераторов - напряжения статора, напряжения возбуждения, реактивной мощности, частоты напряжения на статоре, активной мощности и абсолютного угла напряжения статора, и контролируемых цифровых режимных параметров бесщеточных возбудителей - тока возбуждения возбудителя. Данные по цифровым режимным параметрам совместно с дискретными сигналами, формируемыми датчиками 2 штатной автоматики системы возбуждения контролируемых генераторов, оснащенных БСВ, в режиме ограничения минимального возбуждения, ограничения двукратного напряжения возбуждения и ограничения двукратного тока возбуждения бесщеточного возбудителя по локальной сети 6 поступают на входы анализатора 7 функционирования АРВ в составе БСВ генераторов электростанции. Программное обеспечение анализатора реализует алгоритмы, позволяющие в режиме онлайн на основе поступающей информации выявить генератор, являющийся источником синхронных колебаний в ЭЭС или межмашинных колебаний генераторов одной электростанции, а также идентифицировать шесть характерных неисправностей в БСВ и АРВ генератора, а именно:

- некорректность работы АРВ при возникновении в энергосистеме дефицита/избытка мощности;

- отсутствие или несвоевременный ввод релейной форсировки возбуждения;

- преждевременное снятие форсировки возбуждения;

- некорректность работы ограничителя минимального возбуждения;

- некорректность работы ограничителя двукратного напряжения возбуждения;

- некорректность работы ограничителя двукратного тока возбуждения возбудителя.

В результате в анализаторе формируются линейные, расчетные и аварийные архивы. Аварийный архив содержит информацию о времени обнаружения неисправности и ее характере, а также массив данных линейного архива за интервал времени, в течение которого существует сигнал о неисправности.

Анализатор 7 периодически посылает сообщение о функционировании АРВ в составе БСВ на выходной регистратор ЭЭС 8. При обнаружении неисправности посылаемое сообщение содержит информацию о возникновении неисправности и ее виде.

В настоящее время макет системы мониторинга АРВ в составе БСВ генераторов прошел испытания на цифро-аналого-физическом комплексе ОАО «НТЦ ЕЭС».

Источники информации

1. Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения и систем возбуждения генераторов. RU 132637 U1, H02J 3/24, H02J 13/00, 20.09.2013.

2. Требования к системам возбуждения и автоматическим регуляторам возбуждения сильного действия синхронных генераторов. Стандарт ОАО «СО ЕЭС», СТО 59012820.29.160.20.001-2012, Москва 2012 (электронный ресурс http://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/STO_ES_AER_SA.pdf - доступ свободный).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения в составе бесщеточных систем возбуждения генераторов электроэнергетических систем. Технический результат - обеспечение контроля работоспособности устройств АРВ в составе БСВ при управлении режимами ЭЭС по данным текущей регистрации параметров режима работы генераторов и бесщеточных возбудителей в различных режимах работы. Система мониторинга указанного АРВ содержит: датчики режимных параметров генераторов и бесщеточных возбудителей; измерительные преобразователи для формирования привязанных к системе единого времени цифровых режимных параметров контролируемых генераторов; анализатор функционирования АРВ в составе БСВ генераторов электростанции с программным обеспечением для выполнения алгоритмической обработки полученных данных; выходной регистратор ЭЭС, на который поступают сигналы о состоянии указанного АРВ; датчики дискретных сигналов штатной автоматики системы возбуждения контролируемых генераторов и локальную сеть для связи измерительных преобразователей и датчиков дискретных сигналов с анализатором функционирования указанного АРВ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения в составе бесщеточных систем возбуждения генераторов электроэнергетической системы, содержащая датчики режимных параметров генераторов, измеряющие мгновенные значения фазных напряжений и токов трех фаз генератора и напряжение возбуждения генератора, передающие сигналы на измерительные преобразователи, осуществляющие формирование привязанных к системе единого времени цифровых режимных параметров и связанные по локальной сети с анализатором функционирования АРВ-СВ; датчики дискретных сигналов штатной автоматики системы возбуждения контролируемых генераторов, соединенные локальной сетью с анализатором функционирования АРВ-СВ, отличающаяся тем, что дополнительно устанавливают датчики токов возбуждения бесщеточных возбудителей генераторов, которые передают сигналы на цифровые измерительные преобразователи, осуществляющие формирование дополнительных цифровых режимных параметров - токов возбуждения бесщеточных возбудителей генераторов, за счет чего анализатор функционирования АРВ в составе БСВ, оснащенный дополнительными программными модулями, осуществляет контроль функционирования ограничителя двукратного тока возбуждения бесщеточного возбудителя и ограничителя двукратного напряжения возбуждения генератора.

2. Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения по п. 1, отличающаяся тем, что анализатор функционирования АРВ в составе БСВ осуществляет выдачу информации на выходной регистратор электроэнергетической системы.