2.4.2 Регулятори збудження синхронних компенсаторів

Синхронні компенсатори мають або електромашинне збудження постійного струму з підзбудником (див. рис. 1.3,6), або тиристорне самозбудження (див. рис. 1.3,е). На СК з електромашинним збудженням раніше використовувалися автоматичні регулятори у вигляді пристроїв струмового компаундуванні з електромагнітним коректором і керованого фазового компаундуванні. Згодом у зв'язку з необхідністю повного використовування СК в режимі споживання реактивної потужності був розроблений напівпровідниковий швидкодійний автоматичний регулятор знакозмінного збудження. На СК з тиристорним збудженням застосовуються АРВ СД.

Рисунок 2.9 - Залежність струму ротора синхронного компенсатора від реактивного навантаження: а - при струмовому компаундуванні; б - при фазовому компаундуванні

Електромагнітний регулятор на основі струмового і фазового компаундування. Струмове компаундування принципово непридатне для регулювання збудження СК, який повинен переводитися в режим споживання реактивної потужності, оскільки струм компаундування не залежить від фази струму статора. Як видно з графіків на рис. 2.9,а, в режимі споживання реактивної потужності, коли необхідне зниження струму ротора І_В<І_В,Х (пряма 1), відбувається його зростання відповідно до характеристики компаундування І_В= f(І_С,К) (крива 2). Тому застосування струмового компаундування практично можливо тільки спільно з двосистемним електромагнітним коректором з достатньо потужною протилежно ввімкненою його частиною.

В режимі споживання реактивної потужності коректор повинен компенсувати дію струмового компаундування (область з подвійним штрихуванням на рис. 2.9, а) і знижувати збудження СК до нуля для забезпечення споживаної потужності — Q_С,К,О, яка знаходиться з (2.20).

Фазове кероване компаундування принципово забезпечує діапазон зміни реактивної потужності від — Q_С,К,О до Q_С,К,НОМ, оскільки фаза струму статора СК змінюється при переході в режим споживання на кут π. Струм фазового компаундування І_К,Ф зменшується при зростанні споживаного реактивного струму і знижує струм ротора СК (рис. 2.9, б). Проте і фазове кероване компаундування володіє деякими недоліками:

не знижує струм ротора до нуля; за рахунок дії коректора напруги струм ротора знижується лише до деякого значення І_B.min, обмежуючого споживану реактивну потужність |—Q_C,K| < | — Q_c,k,o|;

не забезпечує форсування збудження при одному з поєднань пошкоджених фаз при двофазних к. з. за трансформатором з схемою з'єднання обмоток зіркою чи трикутником: при включенні на різницю струмів фаз А і С при одному з поєднань пошкоджених фаз при к. з. за трансформатором струм І_К,Ф = 0;

може не вивести СК з режиму, в якому регулятор як би відключається, що можливо в режимі споживання, коли струми І_U = I_I = const, а струм I_к,ф~I_U—I_I (див. рис. 1.7, а) стає рівним 0; вийти з такого режиму СК практично не може (на відміну від синхронного генератора, навантаженого активним струмом).

Тому для забезпечення діапазону зміни реактивної потужності синхронних компенсаторів від - Q_С,К,О до Q_С,К,НОМ розроблений електромагнітний регулятор на основі одночасного використовування струмового і фазового компаундування.

Автоматичний регулятор (рис. 2.10) складається з фазового (магнітний підсилювач з паралельним включенням навантаження AL1) і струмового (AL2) компаундувань, керованих електромагнітним коректором (вимірювальний орган напруги ВОН1 і магнітний підсилювач з самонасиченням AL3), і окремого електромагнітного коректора (ВОН2, AL4), що впливає безпосередньо на збудник GE синхронного компенсатора GС. Додатково регулятор містить обмежувач перевантаження СК (вимірювальний орган струму ВОС, AL5), що включається в роботу контактами захисту від перевантаження ЗП.

Основною частиною регулятора є кероване фазове компаундування, струм виходу І_о,к,ф якого забезпечує зміна струму ротора від вказаного найменшого значення в режимі споживання I_B,min до номінального струму I_B,ном в режимі генерації реактивної потужності. Струмове кероване компаундування, включене на струм фази В, виключає шляхом зміни струму І_о,к,Т можливість попадання СК у вказаний вище режим, при якому І_к,ф=0, і забезпечує форсування збудження при згадуваному поєднанні пошкоджених фаз двофазного к. з. за трансформатором. В режимі споживання зростання струму І_о,к,т запобігається струмом І_о,кор,1 управління магнітним підсилювачем AL2.

Додатковий протилежно ввімкнений коректор напруги розмагнічуючим струмом І_о,кор,2 компенсує намагнічувальну дію на збудник струмів І_о,к,ф,min і I_о,к,т і може створювати навіть деяке від'ємне збудження СК. Сумарний струм регулятора (при однакових витках обмоток збудження збудника) забезпечує діапазон зміни реактивної потужності СК від —Q_с,к,о до Q_с,к,ном.

Рисунок 2.10 - Схема автоматичної системи регулювання збудження синхронного компенсатора

При перевантаженні СК реактивним струмом включається обмежувач перевантаження, що представляє собою автоматичний регулятор струму, діючий по перевищенню генеруючим струмом СК номінального значення. Він обмежує (струмом І_o.per.I) з точністю до статичної похибки регулювання струм ротора на номінальному рівні I_B,ном. При зниженні струму ротора до значення, менше номінального, струм І_o.per.I=0. Виконується регулятор струму аналогічно односистемному електромагнітному коректору напруги. Регулятор доповнюється пристроєм релейнго форсування збудження (контакт КМ в колі підзбудника GEA).

Автоматичний регулятор знакозмінного збудження. Основною особливістю автоматичного регулятора, обумовленою задачею забезпечення штучної стійкості синхронної роботи СК, є висока швидкодія. Регулятор складається з напівпровідникових вимірювальних органів напруги ВОН, кута ВОТ і струму ВОС, суматора А1 і реверсивного тиристорного виконавчого підсилювача А2 (рис. 2.11). Вимірювальний орган струму вступає в дію при виникненні перевантажень генеруючим реактивним струмом і забезпечує роботу регулятора по перевищенню струмом ротора номінального значення.

При І_В < І_В,ном і в режимі споживання реактивної потужності |—Q_с,к|<—|Q_c,к,rpl регулятор функціонує по відхиленню напруги. Збудження збудника визначається тільки струмом регулятора І_о,рег, який для |—Q_c,_k| > —|Q_c,к,o| стає негативним

Рисунок 2.11 - Схема автоматичної системи регулювання знакозмінного збудження синхронного компенсатора

відповідно до характеристики ВОН (рис. 2.12, а). При - U_∆U,max наступає граничний режим, споживана реактивна потужність досягає найбільшого значення

│—Q_с,к,гр| і СК починає випадати з синхронізму, кут δ збільшується.

При δ > π/4 вступає в дію вимірювальний орган кута ВОТ, і при δ=π/3 позитивна напруга U_∆δ стає рівною │ — U_∆U,max│(рис 2.12, б), а напруга U∑ на виході А1 —рівною нулю (рис. 2.12, в). Відповідно знижується до нуля і струм регулятора. Синхронний компенсатор працює за відсутності збудження з кутом δ=π/3. Споживана реактивна потужність згідно графіку (рис. 2.8, в) практично рівна - Q_с,к,гр Подальше наростання кута  у міру випадання СК з синхронізму обумовлює позитивну напругу U_ і струм I_о,рег (рис. 2.12,в). Завдяки позитивному збудженню випадання з синхронізму СК припиняється, кут  зменшується. Але при   /3 струм регулятора знижується до нуля і стає негативним, що приводить до зростання кута < . Таким чином, завдяки знакозмінному збудженню СК штучно утримується в синхронізмі при куті  /3 і споживає реактивну потужність —Q_c,к,гp.

Швидкодія вимірювального органу кута забезпечується принципом його роботи. Напруга U_ формується запам’ятовуванням миттєвого значення синусоїдальної напруги, наприклад, u_а статора шляхом заряду конденсатора у момент часу появи імпульсу u_и (рис. 2.12,г) від індукційного вимірювального перетворювача UV (рис. 2.И,а). Перетворювач складається з постійного магніта з обмоткою, розташованого на статорі синхронного компенсатора в торця валу ротора; на торці валу розміщена пластина з магнітного матеріалу, перекриваюча зазор Між полюсами постійного магніта у момент часу, що змінюється щодо моменту переходу через нуль миттєвим значенням напруги із зміною кута д синхронного компенсатора.

Рисунок 2.12 - Характеристики вимірювальних органів:

а - напруги; б - кута; в - сумарна характеристика вимірювальної частини; г - графіки, що ілюструють формування напруги вимірювального органу кута автоматичного регулятора знакозмінного збудження виходу

У момент перекриття зазора між полюсами постійного магніта в обмотці індукується імпульс напруги u_и, що зміщується по осі часу при зміні кута . Відповідно один раз за період змінюється напруга U_ на конденсаторі, що запам'ятовує.

На рис. 2.12,г показані графіки, відповідні трем значенням кута .

Вимірювальні органи напруги і струму виконуються на діодних схемах порівняння з двенадцятифазними випрямлячами і тому не містять інерційних фільтрів. Оригінальну розробку представляє собою і реверсивний тиристорний виконавчий підсилювач А2 регулятора. Остання модифікація регулятора пристосована і для застосування на синхронних генераторах з електромашинним збудженням.