Influența Curentului de Excitație Asupra Sarcinii Generatorului Sincron de 330 Mw

– CUPRINS –

Introducere……………………………………………………………………………………………………3

Capitolul 1

Automatul de dezexcitare rapidă (A.D.R.) protecție a generatorului sincron

de 330 MW…………………………………………………………………………………………….5

Capitolul 2

Prezentarea sistemului de excitație aferent generatorului sincron de 330 MW

din care face parte și automatul de dezexcitare rapidă………………………………..24

Capitolul 3

Analiză comparativă între varianta clasică și varianta retehnologizată a

sistemului de excitație al generatorului sincron de 330 MW ce încorporează

A.D.R.-ul……………………………………………………………………………………………..30

Capitolul 4

Studiu de caz privind influența curentului de excitație asupra sarcinii

generatorului sincron de 330 MW……………………………………………………………42

Bibliografie ………………………………………………………………………………………………….48

Studiu privind rolul automatului de dezexcitare

rapidă în circuitul de excitație aferent unui

generator sincron de 330 MW

Introducere

Lucrarea de disertație dezvoltată și eleborată de către mine a avut ca reper turbogeneratoarele sincrone cu puterea unitară de 330 MW, ce intră în configurația centralelor termoelectrice de mare putere.

În subsidiar vizavi de reperul menționat în dezvoltarea lucrării de disertație a fost faptul că automatul de dezexcitare rapidă (A.D.R.) este tratat în lucrările de specialitate ca fiind un echipament electric cu impact major în funcționarea sistemului de excitație aferent generatoarelor sincrone cu puterea unitară de 330 MW.

Practic, automatul de dezexcitare rapidă asigură în plan principal, procesul de comutație al sistemului de excitație la cei doi poli aferenți înfășurărilor rotorului generatorului sincron, iar în plan secundar reprezintă o protecție a generatorului sincron în vedrea anulării câmpului magnetic format în generator cînd acesta este deconectat de la sistemul energetic prin deschiderea întreruptorului, ce este comandat de protecții care acționează în cazul apariției unui defect sau a unui regim anormal de funcționare.

La apariția unui defect în generatorul sincron, nu există posibilitatea decuplării instantanee a acestuia, prin prisma faptului că rotorul acestuia este cuplat rigid cu rotorul turbinei și deci nu poate fi oprit din mișcarea de rotație decât după răcirea turbinei. În consecință, nedecuplarea automatului de dezexcitare rapidă face ca defectul să fie alimentat în continuare, ceea ce conduce la o exacerbare a defectelor survenite în generatorul sincron, din acest motiv se impune ca energia câmpului magnetic din generator să fie disipată, lucru ce este realizat de automatul de dezexcitare rapidă care închide circuitul de excitație din rotorul generatorului prin intermediul unor rezistențe de descărcare.

Comanda de dezexcitare sau mai bine spus comanda automatului de dezexcitare rapidă este primită de instalațiile de protecții (electrice sau tehnologice) ce acționează în cazul apariției unui defect intern în generatorul sincron sau a unui regim anormal de funcționare.

În concluzie automatul de dezexcitare rapidă este o componentă importantă a sistemului de protecții al generatorului sincron lucru ce este subliniat și susținut de prezenta lucrare ce este structurată pe patru capitole după cum urmează:

în primul capitol este descris generatorul sincron de 330 MW și automatul de dezexcitare rapidă aferent sistemului de excitație al acestuia;

în cel de-al doilea capitol s-a realizat o prezentare a sistemului de excitație clasic care utilizează un generator sincron auxiliar și care la rândul lui are un automat de dezexcitare rapidă;

capitolul trei face o analiză comparativă între varianta clasică și varianta retehnologizată a sistemului de excitație al generatorului sincron de 330 MW ce încorporează automatul de dezexcitare rapidă;

în capitolul patru este efectuat un studiu de caz privind influența curentului de excitație asupra sarcinii generatorului sincron de 330 MW.

Prezenta lucrare de disertație s-a bazat, atât pe experiența mea profesională dobândită de-a lungul timpului în exploatarea instalațiilor și echipamentelor electrice, cât și pe un studiu amănunțit din punct de vedere teoretic și practic realizat în cadrul Sucursalei Electrocentrale Rovinari ce are în componență grupuri energetice cu generatoare sincrone de 330 MW. Sursele din literatura de specialitate sunt practic limitate cu privire la acest subiect, automatul de dezexcitare rapidă fiind privit ca parte integrantă a unui sistem de excitație utilizat la generatoarele sincrone folosite pentru producerea de energie electrică. În această lucrare nu s-au putut prezenta în totalitate toate modalitățile constructive ale automatului de dezexcitare rapidă deoarece ele sunt foarte multe și foarte diferite în funcție de tehnologia folosită neexizstând documentații tehnice decât la producătorii și la utilizatorii acestor echipamente electrice industriale realizate pentru generatoarele sincrone.

Capitolul 1

Automatul de dezexcitare rapidă (A.D.R.) – protecție a

generatorului sincron de 330 MW.

În aplicațiile practice ale fenomenelor electromagnetice, ajunse la un înalt grad de complexitate, diversitate și amploare, elementele fundamentale sunt cele legate de partea energetică din punctul de vedere al producerii de energie electrică. Mașina sincronă în regim de generator electric reprezintând elementul de bază în producerea energiei electrice în centralele electrice.

Mașina sincronă este mașină electrică rotativă de curent alternativ cu înfășurarea statorică conectată la o rețea de curent alternativ, iar cea rotorică la una de curent continuu, având turația constantă și egală cu turația de sincronism, indiferent de regimul de funcționare, de aici primind și denumirea de mașină sincronă. Ea este tipul de mașină electrică rotativă reversibilă adică, poate fi folosită atât în regim de motor cât și în regim de generator și de asemenea într-un regim specific de compensator de putere reactivă. În regimul de funcționare ca generator mașinile sincrone ating cele mai mari puteri nominale fiind și cele mai mari mașini electrice construite vreodată.

Ca generatoare electrice sunt folosite mașinile sincrone trifazate care prezintă caracteristici extrem de convenabile pentru producerea energiei electrice de curent alternativ și care reprezintă unica soluție general acceptată de constructorii de centrale electrice și de sisteme electro-energetice.

Generatorul sincron de curent alternativ trifazat de frecvență industrială este cea mai răspândită mașină electrică deoarece în prezent energia electrică este produsă exclusiv sub formă trifazată. [1]

Deoarece produce curent alternativ trifazat generatorul sincron mai este denumit și alternator. El echipează toate centralele de producere a energiei electrice, indiferent ______________________________________________________________________

-1- I.Dumitrescu, D. Călueanu, A. Heller, R. Morar, V. Nițu, N. Racoveanu, Electrotehnică și Mașini Electrice, Editura Didactică și Pedagogică, București 1983.

de sursa de energie primară ce trebuie transformată în energie electrică prin diverse procedee, cum ar fi:

– termocentrale,

– hidrocentrale,

– centralele nucleare,

– centralele eoliene,

– centralele solare.

Generatoarele sincrone mari de tip industrial, se clasifică, după tipul mașinii primare în două mari categorii de generatoare hidrogeneratoare și turbogeneratoare.

Hidrogeneratoarele au ca mașină o turbină hidraulică, turația în acest caz fiind de câteva sute de rot/min, iar numărul polilor este mai mare. Au polii rotorici proeminenți, întrefierul ne mai fiind constant de-a lungul circumferinței interioare a statorului, arborele fiind de obicei vertical.

Turbogeneratoarele sunt antrenate de turbine cu abur, gaze sau motoare diesel și funcționează la turații mari (10003000 rot/min). Au număr mic de poli cei rotorici fiind poli înecați datorită rezistenței mai mari la solicitările mecanice centrifuge, asigurând un întrefier constant, arborele fiind dispus orizontal.[1]

Turbogeneratorul sincron este echipamentul electric care face parte din cadrul centralelor de producere a energiei electrice și care transformă energia cinetică produsă de către turbine (ce folosesc ca agent primar abur sau gaze) în energie electrică prin inducție electromagnetică. Energia electrică produsă este cedată sistemului energetic prin intermediul transformatoarelor ridicătoare de tensiune și echipamentelor de cuplare la sistemul energetic. Turbogeneratorul sincron este echipamentul cel mai important și cel mai scump al sistemelor electrice.

Turbogeneratorul sincron de 330 MW este folosit în cadrul celor mai mari termocentrale din țară, Rovinari și Turceni, el fiind construit de către Intreprinderea de Mașini Grele București (I.M.G.B.), cel mai mare producător de echipamente ______________________________________________________________________

-1- I.Dumitrescu, D. Călueanu, A. Heller, R. Morar, V. Nițu, N. Racoveanu, Electrotehnică și Mașini Electrice, Editura Didactică și Pedagogică, București 1983.

energetice din România, după o licența franceză a grupului industrial energetic ALSTHOM.

Generatorul sincron este constituit din următoarele părți principale:

– carcasă,

– domul,

– răcitoarele de hidrogen,

– statorul,

– miezul magnetic statoric,

– bobinajul statoric,

– scuturile,

– lagărele,

– etanșările cu ulei,

– rotorul,

– bobinajul rotorului,

– bobinajul de excitație,

– bobinajul de amortizare,

– periile și suportul de perii,

– inelele de contact,

– bornele și cutia de borne. [2]

Generatorul sincron de 330 MW are carcasa construită în așa fel încât etanșarea acesteia să fie perfectă deoarece răcirea este făcută cu hidrogen sub presiune nefiind aceptate pierderi. Carcasa este formată din mai mulți pereți inelari intermediari care sunt înveliți în interior cu o manta de tablă și care au între ei montate întărituri și nervuri pentru a asigura o bună rezistență mecanică. Carcasa generatorului sincron pe părțile frontale este închisă de câte două perechi de scuturi interioare și exterioare.

Rolul carcasei generatorului sincron este de a:

– prinde generatorul sincron de fundație,

– susține miezul magnetic statoric și bobinajul statoric,

______________________________________________________________________

-2- Cartea tehnică a turbogeneratorului THA – 330 – 2, ICPET București.

– asigura un spațiu închis și etanș pentru ventilație și pentru răcire cu

hidrogen a generatorului sincron,

– proteja împotriva factorilor externi generatorul sincron. [2]

Susținerea scuturilor este realizată de pereții frontali ai carcasei care au o grosime mai mare decât restul carcasei.

Carcasa generatorului sincron este calculată pentru a suporta deformații permanente și o întreagă serie de solicitări curente sau accidentale cum sunt

– greutatea rotorului a lagărelor și a scuturilor,

– greutatea miezului magnetic și a bobinajului statoric,

– cuplul electromagnetic din timpul funcționării normale,

– cuplul electromagnetic ce se formează în cazul apariției scurtcircuitelor

în interiorul generatorului sincron,

– presiunea interioară ce apare în cazul unei eventuale explozii a

hidrogenului din interiorul generatorului sincron.

Domul generatorului este partea de deasupra carcasei, cu rol în ventilația generatorului sincron prin susținerea a patru răcitoare de hidrogen. Cele patru răcitoare de hidrogen sunt realizate din țevi cu aripioare care sunt așezate orizontal și perpendicular pe axa longitudinală a mașinii. Aripioarele au rol de a mări suprafața de schimb de căldură dintre apa de răcire ce circulă prin interiorul țevilor și hidrogenul care circulă în exteriorul acestora printre aripioare, unde cedează căldura acumulată din generator.

Miezul magnetic statoric susține înfășurarea statorică și este realizat din tole de tablă electrotehnică, silicioasă cu cristale orientate ce au o conductivitate magnetică foarte bună și pierderile magnetice reduse. Miezul magnetic statoric are tolele împachetate în straturi alternative. Pachetele au practicate între ele canale de ventilație pentru a permite circulația hidrogenului care răcește miezul magnetic.

Tolele în zona capetelor bobinajului statoric sunt așezate în trepte și ultimele pachete de tole au ramuri radiale care reduc pierderile suplimentare în dinții. Distanța

______________________________________________________________________

-2- Cartea tehnică a turbogeneratorului THA – 330 – 2, ICPET București.

dintre pachetele de tole este menținută cu ajutorul unor distanțori radiali, realizați din oțel magnetic. La exterior pachetele de tole au crestături în formă de coadă de rândunică cu care se prind de penele bulon.

Tolele sunt izolate electric una față de alta și sunt strânse cu ajutorul penelor bulon care susțin totodată miezul magnetic. Penele bulon dispuse pe circumferința miezului magnetic strâng tolele cu ajutorul a două plăci de strângere și a degetelor de presare. Degetele de presare sunt realizate din oțel magnetic și sunt dispuse radial, la fiecare capăt al miezului, între placa de strângere și respectiv ultimul pachet de tole.

Miezul magnetic statoric este prins de carcasă printr-un sistem de suspensie care reduce vibrațiile transmise de miezul magnetic carcasei și care este realizat prin intermediul unor arcuri plate dispuse paralel cu penele bulon.

Bobinajul statoric este trifazat având pasul scurtat și este răcit direct cu apă demineralizată. Bobinajul este construit din bare de tip Roebel, din conductori de cupru, dispuse câte două în fiecare crestătură. Aceste bare de bobinaj sunt sunt dispuse pe toată lungimea pachetului de tole. Ele fiind de formă tubulară asigură circulația apei demineralizate folosită pentru răcirea bobinajului statoric.

Fiecare bară este izolată continuu cu azbest impregnat cu rășină epoxidică pe toată lungimea după procedeul numit ISOTENAX, totodată fiecare bară este acoperită cu lacuri semiconductoare. Pentru porțiunea din crestătură a barelor este folosit un lac cu rezistență mai mică, iar pe capetele frontale cu un lac cu rezistență mai mare. La ieșirea din crestătură fiecare bară este legată la masă cu ajutorul unui colier realizat din bronz.

Ansamblul de consolidare este format din console exterioare din sticlotextolit, unite cu inele de consolidare și fixate, una câte una, cu ajutorul unor tije filetate, de consolele exterioare. Între console exterioare și cele interioare capetele, bobinajului statoric, sunt strânse și fixate folosind pene din material polimerizat încălzit dispuse sub forma barei. [2]

Bobinajul montat în stator este răcit cu apă demineralizată în mod direct prin

______________________________________________________________________

-2- Cartea tehnică a turbogeneratorului THA – 330 – 2, ICPET București.

conductoarele tubulare. Intrarea și ieșirea apei demineralizate din bară se face prin teci hidraulice care sunt lipite cu aliaj din argint pe amândouă capete ale fiecărei bare. Tecile hidraulice sunt prevăzute cu o cameră de apă, de la care se face alimentarea conductoarelor tubulare ele asigurând și conexiunea electrică între bare.

Teacă hidraulică este prevăzută cu un ștuț prin care se face alimentarea cu apă demineralizată a bobinajului statoric, prin două colectoare de apă montate în carcasă pe partea opusă barelor.

Conexiunea dintre colectoare și tecile hidraulice ale fiecărei bare se face prin intermediul unor tuburi izolante din teflon care sunt flexibile. Pătrunderea de apă în generator este eliminată datorită diferenței de presiune dintre hidrogen și apa demineralizată. Datorită acestui fapt, orice neetanșeitate a circuitului de apă este observată prin creșterea consumului de hidrogen.

La măsurarea temperaturii bobinajului statoric sunt folosite douăsprezece termorezistențe plate din platină ce au valoarea de 100 ohmi la 0°C. Montarea termorezistențele a fost efectuată între straturile bobinajului statoric și în crestăturile de pe fiecare fază la capete acestora. Prin intermediul unui logometru indicator cu semnalizare termorezistențele asigură controlul asupra temperaturii bobinajului statoric.

Tot în crestături, dar în cele care nu sunt prevăzute cu termorezistențe sunt amplasate termocuple din sârmă de cupru-constantan. Termocuplele sunt racordate la un aparat indicator a supraâncălzirii barei supravegheate și au rolul de a sesiza o eventuală înfundare a acesteia.

Încălzirea hidrogenului este monitorizată prin intermediul a opt termorezistențe cilindrice din platină amplasate la intrarea și ieșirea din răcitoare. Termorezistențele sunt racordate la un logometru înregistrator cu semnalizare. Temperatura hidrogenului la intrare în generator se măsoară printr-un termometru manometric montat pe carcasă.

Scuturile generatorului sunt interioare și exterioare, cele interioare sunt situate mai aproape de miezul magnetic și sunt compuse din scuturile propriu-zise și scuturile de ghidare. Ele sunt executate prin turnare din aliaj de aluminiu și siliciu. Scuturile aflate în interior sunt realizate prin ansamblarea lor cu șuruburi, deoarece ele sunt în număr de patru constituind un carenaj pentru a determina prin forma lui o circulație foarte bună a hidrogenului în generator, circulație realizată de ventilatoarele montate pe rotor.

Scuturile exterioare sunt făcute din două bucăți de tablă groasă de oțel și sunt prinse de carcasă prin buloane închizând-o spre exterior. În ele sunt încorporate lagărele și etanșările rotorului generatorului având prevăzute și câte un inel de fixare a cuzineților. Cuzineții sunt executați din oțel cu suprafața de alunecare acoperită prin turnare cu o compoziție de calitate superioară care este unsă printr-un orificiu din cuzinetul inferior ce permite introducerea uleiului sub presiune.

Pentru a evita circulația curenților electrici prin arbore și lagăre, cuzineții sunt izolați din punct de vedere electric de restul generatorului.

Etanșările sunt montate pe scuturile exterioare și au rolul de a împiedica ieșirea hidrogenului din generator în zonele în care rotorul iese din scuturi. Ele sunt de tip radial și sunt alimentate cu ulei sub presiune ce formează două fluxuri între rotor și inel.

Rotorul generatorului sincron este format dintr-o singură bucată, practic dintr-un lingou turnat din oțel aliat cu caracteristici magnetice corespunzătoare rolului pe care îl deține în construcția generatorului. Corpul rotorului este prevăzut cu crestături realizate prin frezare. Pentru a diminua diferențele de rigiditate pe axa polilor față de axa transversală, în dintele mare al rotorului sunt frezate canale transversale de egalizare. Rotorul este cuplat cu turbina prin intermediul unui cuplaj rigid iar în partea opusă a cuplajului se află colectorul pe care sunt montate inelele de contact și un alt cuplaj pentru generatorul de excitație.

Bobinajul în rotor este executat din conductoare de cupru aliat cu 7 % argint ce au secțiunea dreptunghiulară. Ele formează semibobine, rigidizate și presate pe porțiunea dreaptă într-o presă sub presiune și la o temperatură ridicată. Izolația între spire este asigurată de fâșii de azolit, lipite de conductor și date cu lac de bachelită, care asigură și rigidizarea fiecărei semibobine în parte.

Bobinajul de excitație al generatorului sincron este realizat din semibobinele rigidizate introduse în crestăturile rotorului, perechile de semibobine având capetele corespunzătoare lipite. Bobinajul rotorului este izolat față de masă prin intermediul unor teci electroizolante din pânză de sticlă dată cu rășini epoxidice deci, realizând astfel o bună rigiditate dielectrică. Toate materialele electroizolante folosite la construcția generatorului sincron corespund clasei de izolație B ceea cereprezintă o limită de temperatură de 130 °C.

Tot pe rotor este montat și bobinajul de amortizare. El este realizat din benzi de cupru. Bobinajul de amortizare are rolul de a proteja rotorul contra efectelor produse de câmpul invers la funcționarea în regim asimetric. El este dispus în partea superioară a fiecărei crestături rotorice care conține și bobinajul de excitație și mai este dispus în crestăturile mici, frezate special în zona polilor.

Având în vedere că rotorul generatorului sincron este antrenat de turbină cu o turație egală cu 3000 rot/min, bobinajul de excitație și bobinajul de amortizare amplasate pe rotor trebuie menținute contra forțelor centrifuge. Acest lucru este realizat prin intermediul unor pene magnetice poziționate pe porțiunea din crestătură și prin bandaje magnetice pe porțiunea capetelor.

Răcirea bobinajului rotoric se realizeză cu ajutorul hidrogenului prin metodă directă, circulația hidrogenului fiind axială și radială realizată cu ajutorul a două ventilatoare axiale montate de o parte și de alta a rotorului generatorului. Hidrogenul intră prin ambele părți ale rotorului și prin spațiul de sub bandaj, o parte din debitul de hidrogen intră în canalele din capetele frontale ale bobinelor și circulă axial, răcind capetele frontale. Cealaltă parte a debitului de hidrogen intră în canalele realizate sub crestături circulând axial iar prin orificiile practicate pe latura bobinei totodată și printr-un orificiu identic frezat în pana crestăturii, iese în întrefier.

Bobinajul de excitație amplasat în rotor se conectează la sistemul de excitație prin intermediul inelelor de contact amplasate pe colector. Legătura dintre inelele de contact și bobinajul de excitație este realizată cu ajutorul conexiunilor plasate în zona centrală a rotorului.

Inele de contact sunt executate din oțel brut rezistent la uzură și sunt în număr de două fiind montate pe rotor la cald pe un cilindru izolant. Ele au pe suprafața exterioară realizat un canal de formă elicoidală ce este realizat cu scopul de a uniformiza uzura produsă atât inelelor cât și periilor de contactul dintre ele. Răcirea inelelor de contact este asigurată de un ventilator centrifugal montat între ele.

Periile montate pe suporturile portperii fac legătura dintre inelele de contact și sistemul de excitație al generatorului sincron. Suporturile portperii asigură poziția necesară periilor față de inelele de contact și forța necesară cu care sunt apăsate pe inele.

Suporturile de perii sunt construite în două subansambluri distincte, câte unul pentru fiecare inel, fiind în număr de 10 pentru fiecare inel, susținând câte 4 perii dispuse în linie.

Periile sunt în număr de două bucăți fiind introduse una lângă alta în aceeași casetă. Presiunea periilor pe inelele colectoare este reglată cu ajutorul unui sistem de arcuri. Acest sistem de arcuri reglează simultan apăsarea tuturor periilor de pe un suport. Sistemul permite înlocuirea oricărei perii, fără oprirea mașinii și de asemenea permite accesul comod pentru revizie și reglare.

Conexiunea înfășurărilor statorice cu sistemul de bare ce asigură legătura dintre generatorul sincron și transformatorul ridicător de tensiune este realizată prin intermediul bornelor ce se află amplasate în cutia de borne a generatorului sincron.

Cutia de borne este montată pe carcasă în partea inferioară, în extremitatea opusă cuplajului cu turbina. Ea este demontabilă și este o construcție care asigură fixarea plăcilor de borne cât și circulația hidrogenului utilizat pentru răcirea bornelor.

Plăcile de borne se fixează în cutia de borne folosind un număr suficient de șuruburi pentru a fi bine prinse astfel încât să nu existe pericolul desprinderii acestora.

Generatorul sincron mai este prevăzut cu următoarele instalații auxiliare

– instalația de alimentare și control cu hidrogen și bioxid de carbon,

– instalația de alimentare cu ulei a etanșărilor,

– instalația de alimentare cu apă demineralizată pentru răcire,

– instalația de protecție și semnalizare. [2]

Generatorul sincron de 330 MW de tipul THA – 330 -2 utilizat în termocentrala

______________________________________________________________________

-2- Cartea tehnică a turbogeneratorului THA – 330 – 2, ICPET București.

Rovinari are urmatoarele caracteristici tehnice:

Date tehnice nominale

– Puterea aparentă 388 MVA

– Factorul de putere cos = 0,85

– Putere activă 330 MW [1]

– Turația 3000 rot/min

– Frecvența 50 Hz

– Tensiunea 24 kV

– Curentul 9339 A

– Numărul fazelor 3

– Conexiunea fazelor stea

– Raportul de scurtcircuit 0,5

– Randamentul la tensiunea nominală și cos = 0,85

la 1/4 Pn 98,17

la 2/4 Pn 98,80

la 3/4 Pn 98,90

la 4/4 Pn 98,87

– Felul răcirii

bobinaj stator răcire directă cu apă

bobinaj rotor răcire directă cu hidrogen

răcire generală cu hidrogen

– Presiunea hidrogenului 4 bari

Date tehnice maxime

– Puterea aparentă 405 MVA

– Factorul de putere cos φ = 0,85

– Putere activă 345 MW

– Turația 3000 rot/min[2]

______________________________________________________________________

-2- Cartea tehnică a turbogeneratorului THA – 330 – 2, ICPET București.

– Frecvența 50 Hz

– Tensiunea 24 kV

– Curentul 9740 A

– Presiunea hidrogenului 4,5 bari

Parametrii funcționali

– Temperatura maximă admisă a bobinajului statoric 105 °C

– Temperatura maximă admisă a bobinajului rotoric 105 °C

– Presiunea de hidrogen în generator 3 bari

– Pierderi în generator exclusiv excitația (la mers în gol)

– pierderi totale 1620 kW

– pierderi în fier 387 kW

– pierderi mecanice (lagăre, etanșări, inele contact) 403 kW

– pierderi prin ventilație și frecări 334 kW

– pierderi la scurtcircuit în cuprul rotoric 3062 kW

– pierderi în bobinajul rotoric la sarcină nominală 1035 kW

– pierderi totale la sarcină nominală (fără excitație) 3665 kW

– pierderi în sistemul de excitație 100 kW

– Rst (pe fază la 75°C) 0,00226

– Rrot (la 75°C) 0,125

– Xd, g (nesaturate) 2,12 u.r.

– Xd, g (saturat) 2,01 u.r.

– X d (nesaturat) 0,33 u.r.

– X d (saturat) 0,2335 u.r.

– Xd (saturat) 0,198 u.r.

– X2 0,242 u.r.

– Xo 0,122 u.r.

– Xs 0,1915 u.r. [2]

_____________________________________________________________________

-2- Cartea tehnică a turbogeneratorului THA – 330 – 2, ICPET București.

– Răcirea bobinajului statoric

– tipul răcirii directă

– fluidul utilizat apă demineralizată

– debitul 13 l/sec

– presiunea 3,5 bari

– temperatura apei la intrare în bobinaj 43°C

– conductivitatea apei max 2 S/cm

– încălzirea maximă a bobinajului statorului (supratemperatura) 50°C

– clasa de izolație a bobinajului B

– Răcirea pachetului de tole

– tipul răcirii de suprafață

– fluidul utilizat hidrogen

– presiunea 4 bari

– debitul total de H2 (la 4 ata) 39 m3/s

– căderea de presiune pe circuit 300 mm H2O

– temperatura maximă a hidrogenului rece 45°C

– încălzirea hidrogenului în generator 14°C

– Răcirea rotorului

– tipul răcirii directă

– fluidul utilizat hidrogen

– presiunea 4 bari

– clasa de izolație B

– Răcirea hidrogenului

– modul de răcire în răcitoare H2 – apă

– fluidul utilizat condensat

– debitul de apă de răcire 400 m3/h

– presiunea maximă a apei de răcire 8 bari

– temperatura maximă a apei de răcire la intrarea în răcitor 35°C [2]

______________________________________________________________________

-2- Cartea tehnică a turbogeneratorului THA – 330 – 2, ICPET București.

Datele circuitului de excitație

La mersul în gol al turbogeneratorului

– curentul de excitație 942 A

– tensiunea de excitație 135 V

– puterea necesară pentru excitație 127 kW

La mersul în sarcină nominală al turbogeneratorului

– curentul de excitație 2610 A

– tensiunea de excitație 402 V

– puterea necesară pentru excitație 1050 kW

La forțarea excitației

– curentul de excitație 5280 A

– tensiunea de excitație 804 V

– durata admisibilă a forțării excitației 3-4 sec [2]

Generatoarele sincrone în timpul funcționării pot prezenta regimuri anormale de funcționare datorate defectelor din sistem sau pot prezenta defecte interne datorită diverselor cauze. De aceea în funcționarea lor, în funcție de caracteristici, mod de răcire și schemă de conectare, trebuie să fie dotate cu sisteme de protecție, având funcții specializate pentru intervenție la regimuri anormale de funcționare sau defecte, protecția trebuind să satisfacă o multitudine de cerințe foarte ridicate.

Regimurile anormale de funcționare sunt cele în care au loc supraintensități (provocate de scurtcircuite externe generatorului sau de suprasarcini), creșteri ale componentei de secvență inversă a curentului peste valoarea admisă, creșteri de tensiune, trecerea generatorului în regim de motor sincron (la defecțiuni în turbina de antrenare) sau creșterea temperaturii peste limitele admisibile (provocate de un defect în sistemul de răcire al generatorului). Supraintensitățile și creșterile de temperatură provoacă uzura și îmbătrânirea mai rapidă a izolației, conducând la reducerea duratei

______________________________________________________________________

-2- Cartea tehnică a turbogeneratorului THA – 330 – 2, ICPET București.

de funcționare a generatorului, iar creșterile de tensiune pot provoca străpungerea izolației.

Defectele interne pot fi:

defecte în statorul generatorului,

defecte în rotorul generatorului.

Aceste defecte pot fi diverse precum: scurtcircuite polifazate, puneri la pământ monofazate, scurtcircuite între spirele aceleiași faze, etc.

Dintre acestea, pericolul cel mai mare îl reprezintă scurtcircuitele polifazate, care pot produce deteriorarea generatorului sub acțiunea arcului electric și a forțelor electrodinamice datorită curenților de scurtcircuit.

Punerile la pământ sunt periculoase pentru că arcul de la locul defectului poate provoca topirea circuitului magnetic, precum și pentru faptul că defectul poate evolua transformându-se în scurtcircuit polifazat. Ele pot avea loc și într-un punct al circuitului de excitație, defect care în general nu prezintă un pericol imediat pentru funcționarea generatorului și puneri la pământ în două puncte ale circuitului de excitație în acest ultim caz se poate produce întreruperea accidentală a circuitului de excitație sau scurtcircuitarea unei porțiuni din înfășurarea rotorului. Întreruperea circuitului de excitație face ca generatorul să treacă în regim asincron, curenții care apar în rotorul generatorului, ca urmare a alunecării, produc supraîncălzirea rotorului generatorului. La a doua punere la pământ, porțiunea bobinajului rotoric dintre cele două puncte de defect se găsește scurtcircuitată prin pământ și acest fapt poate provoca supraîncălzirea bobinajului, precum și apariția unor vibrații deosebit de periculoase pentru agregat.

Scurtcircuitele între spirele aceleiași faze conduc la supraîncălzirea bobinajului și prin urmare la pericolul apariției unui scurtcircuit între faze.

Pentru lichidarea defectelor din generator și pentru înlăturarea funcționării îndelungate în regimuri anormale, sistemul de protecții al generatorului conține următoarele protecții:

– protecția diferențială longitudinala împotriva scurtcircuitelor polifazate

în stator;

protecție diferențială transversală împotriva scurtcircuitelor între spirele aceleiași faze;

protecția maximală de curent împotriva supraintensităților provocate de scurtcircuite exterioare;

protecție maximală de curent împotriva supraintensităților provocate de suprasarcini;

protecție de secvență homopolară împotriva punerilor la pământ în stator;

protecția rotorului împotriva puneri la pământ;

protecția împotriva creșterilor de tensiune;

protecția împotriva pierderii excitației;

protecția în regim de motor.

Aceste protecții trebuie să îndeplinească următoarele funcții:

– semnalizarea,

comanda declanșării întreruptorului generatorului sau în anumite cazuri comanda întreruptorului prin care se face conectarea generatorului la sistemul electric,

comanda automatului de dezexcitare rapidă (A.D.R.).

În cazul regimurilor anormale, care nu prezintă un pericol imediat, de exemplu suprasarcini, de regulă protecția nu comandă declanșarea generatorului, ci semnalizează apariția regimului anormal, urmând ca personalul de exploatare să ia măsuri corespunzătoare.

În cazul defectelor interne sau a scurtcircuitelor exterioare nu este suficientă numai declanșarea întreruptorului generatorului fiind necesar și declanșarea A.D.R.-ului. În primul caz (defecte interne), generatorul continuând să se rotească, nedeschiderea A.D.R. face ca defectul să fie alimentat mai departe conducând la accentuarea deteriorării generatorului.

În al doilea caz, generatorul rămas în gol poate intra într–un regim periculos pentru izolația înfășurărilor datorită creșterii însemnate a turației și a tensiunii la borne, Datorită acestor motive eliminarea defectului se realizează prin deschiderea întreruptorului generatorului și anularea câmpului magnetic din interiorul lui, acest procedeu fiind denumit stingerea câmpului în generator sau dezexcitarea rapidă a generatorului.

Dezexcitarea rapidă a generatoarelor se realizează printr–o diversitate mare de soluții, însă toate se bazează pe introducerea unei rezistențe în circuitul de excitație și/sau aplicarea unei tensiuni inverse la bornele înfășurării rotorului generatorului. De remarcat faptul că în timpul comutărilor, circuitul de excitație nu trebuie să se întrerupă. Dezexcitarea trebuie să se producă cât mai rapid astfel încât tensiunea care apare în timpul dezexcitării la bornele înfășurării de excitație să nu pericliteze izolația înfășurărilor.

Metoda de dezexcitare foarte larg utilizată este dezexcitarea cu conectarea unei rezistențe în circuitul de excitație al generatorului ce este prezentată în figura nr. 1.1.

Figura 1.1. Dezexcitarea cu conectarea unei rezistențe în circuitul de excitație al generatorului.

Notațiile efectuate în figura numărul 1 au următoarele semnificații:

– – rezistența înfășurării de excitație;

– a, b – contactele ADR;

– – rezistență de dezexcitare;

– SE – sistemul de excitație.

Pentru ca circuitul de excitație să nu se întrerupă, automatul de dezexcitare rapidă (ADR) conectează cu o mică anticipație față de deschiderea contactului principal a, circuitul de excitație pe o rezistență prin contactul b.

Dezexcitarea se desfășoară cu atât mai rapid, cu cât rezistență de dezexcitare are o valoare mai are. În momentul comutării, tensiunea la bornele înfășurării crește prin salt de k ori. Unde k are valoarea dată de formula:

k =

Varianta adoptată pentru alegerea valorii rezistenței de dezexcitație este obținută conform relației:

= (4 … 5) ,

valoare ce satisface și condițiile impuse prin tensiunea de încercare a izolației înfășurărilor.

Metoda de dezexcitare prin aplicarea unei tensiuni inverse la bornele înfășurării de excitație a generatorului este mai eficace. Aceasta se poate obține prin inversarea legăturilor între bornele de excitație ale generatorului și sistemul de excitație iar în cazul alimentării înfășurării de excitație a generatorului prin punte de tiristoare se realizează prin trecerea punții în regim de invertor.

O altă variantă a metodei de dezexcitare cu tensiune inversă este aplicarea dispozitivului de dezexcitare cu rețea de arcuri în serie variantă este prezentată în figura numărul 1.2.

Figura 1.2. Dezexcitarea cu rețea de arcuri și rezistență.

La întreruperea circuitului de excitație, ADR își închide mai întâi contactul 1, apoi își deschide contactul 2 și, în final, își deschide contactul 1. Prin aceasta, la contactul 1 apare arc electric, care, prin suflaj magnetic, este dirijat spre rețeaua de plăci RP și divizat în arcuri scurte în serie.

Se creează astfel o tensiune inversă:

UEi = – nUa

în care:

– n este numărul intervalelor în serie în RP,

– Ua căderea de tensiune pe un arc scurt (aproximativ de 30 V).

Rezistența RSA uniformizează repartizarea tensiunii pe rețeaua de plăci, când curentul prin arc este mic și arcul are tendință de stingere, evitând astfel stingeri și reaprinderi nedorite.

Rezistența R împiedică scurtcircuitarea directă a sistemului de excitație la închiderea contactului 1.

O variantă mai simplă a acestui sistem de dezexcitare cu tensiune inversă este prezentată în figura numărul 1.3. în care la deschiderea contactului ADR apare arc electric care prin suflaj magnetic este dirijat spre rețeaua de plăci RP și divizat în arcuri scurte.

Figura 1.3. Dezexcitarea cu tensiune inversă și suflaj magnetic.

Prin utilizarea acestei metode se realizează un timp de dezexcitare mult mai mic; dacă timpul de dezexcitare a unui generator în gol, cu rezistență de dezexcitare este de 5…7s, cu rețea de arcuri se reduce la 0,34…1,4 s

Deseori se utilizează combinații între diverse metode de dezexcitare. Astfel se poate folosi concomitent rezistența de dezexcitare cu aplicarea tensiunii inverse.

Capitolul 2

Prezentarea sistemului de excitație aferent generatorului sincron de 330MW din care face parte și automatul de dezexcitare rapidă.

Sistemul de excitație al generatorului sincron de 330MW este constituit din următoarele părți componente principale: excitatoarea de curent alternativ montată pe același ax cu generatorul, convertizor cu semiconductoare la care este conectat rotorul generatorului sincron, regulator automat de tensiune și automatul de dezexcitare rapidă ce realizează dezexcitarea rapidă prin conectarea la bornele rotorului a unei rezistențe de descărcare care extrage energia magnetică rotorică în cazul apariției unui defect conducând la minimizarea avariei și menajarea circuitului magnetic al tolelor.

Sistemul de excitație îndeplinește următoarele funcții:

– producerea de curent continuu pentru alimentarea înfășurării de excitație a

generatorului sincron,

– reglarea tensiunii la bornele generatorului sincron,

– modificarea repartiției sarcinii reactive între generatoarele ce funcționează în

paralel, prin modificarea valorii statismului,

– limitarea ca valoare și durată a curentului de excitație,

– limitarea domeniului de funcționare în absorții de reactiv, respectiv limitarea

unghiului intern al generatorului sincron,

– dezexcitarea rapidă a generatorului sincron pe o rezistență de descărcare.

Principiul funcțional al sistemului de excitație este următorul: la pornire pentru amorsarea excitației este folosită bateria de 220 V c.c. aferentă blocului energetic care totodată asigură în caz de avarie alimentarea cu energie electrică a consumatorilor vitali (electropompe de ulei etanșare, de ulei ungere, de ridicare rotor, de răcire bare stator, etc.); prin excitarea excitatricei generatorului sincron se obține tensiunea alternativă trifazată cu o valoare de 650 V; tensiunea alternativă obținută astfel este culeasă de la bornele excitatricei generatorului sincron și este redresată cu ajutorul unei punți redresoare cu tiristoare, în urma redresării se obține tensiune continuă care este aplicată prin intermediul periilor colectoare înfășurării rotorice a generatorului sincron.

În funcționare o parte din curentul produs de excitatrice este trecut printr-o punte redresoare cu diode, curentul continuu rezultat servind la autoexcitarea excitatricei.

Instalația de excitație este amplasată lângă generatorul sincron și este dispusă în cinci dulapuri după cum urmează:

– dulapul nr.1 – automatul de dezexcitare rapidă a excitatricei generatorului sincron

(a.d.r.), rezistența de dezexcitare și traductorul de tensiune, regulatorul

automat de tensiune, puntea de diode, rezistența de stingere a câmpului;

– dulapul nr.2 – convertizorul static cu tiristoare;

– dulapul nr.3 – siguranțele ultrarapide;

– dulapul nr.4 – separatorii electricii ai excitatricei de lucru și a cei de rezervă;

– dulapul nr.5 – automatul de dezexcitare rapidă a generatorului sincron (A.D.R.) și

puntea de tiristoare

Excitatoarea generatorului sincron de 330 MW este amplasată pe linia arborilor turbină-generator fiind cuplată rigid cu rotorul generatorului. Ea este practic un alternator trifazat cu tensiune constantă autoexcitat cu sistemul de excitație realizat în soluție compundată corectată prin reglaj automat sau manual. Rotorul are rol de inductor iar statorul are rol de indus debitând pe o punte redresoare complet comandată. Caracteristicile tehnice ale excitatoarei generatorului sunt:

– puterea aparentă 2610 KVA

– tensiunea nominală 650 V

– curentul nominal 2620 A

– factorul de putere cos φ= 0,46

– tensiunea de excitație nominală 87 V

– curentul de excitație nominal 205 A[3]

______________________________________________________________________

-3- Manualul sistemului de excitație a turbogeneratorului de 330 Mw, ICPET București

Convertizorul cu semiconductoare se alimentează prin intermediul alternatorului de excitație cu tensiune de 3×650 Vc.a. și este prevăzut cu două canale de reglaj a tensiunii de excitație. Convertizorul este o punte cu tiristoare complet comandată cu șase tiristoare în paralel pe brațul de punte și câte două tiristoare în serie pe fiecare canal de curent. Tiristoarele sunt protejate cu siguranțe ultrarapide montate în paralel pentru fiecare tiristor. Comanda impulsurilor la puntea redresoare se face cu ajutorul regulatorului automat de tensiune (RAT) prin reglaj manual sau automat, trecerea de pe reglajul automat pe manual sau invers se face fără a scoate din funcțiune sistemul de excitație neafectând în acest fel funcționarea generatorului sincron. Trecerea de pe automat pe manual se realizează secvențial la apariția următoarelor defecte:

– avarie amplificator de impulsuri,

– dispariția tensiunii de reglaj corespunzătoare tensiunii statorului în regim de reglaj automat.

La funcționarea în regim automat există posibilitatea forțării excitației acest lucru nefiind posibil în regimul manual.

Protecțiile convertizorului sunt:

– protecția de suprasarcină pentru partea de curent alternativ,

– controlul tensiunii de sincronizare,

– protecția de unghi intern,

– supravegherea siguranțelor ultrarapide,

– urmărirea egalizării tensiunii de comandă dintre modulul de reglaj automat și

manual.

După orice declanșare normală sau prin protecție trebuie realizată dezexcitarea rapidă atât a excitatricei generatorului cât și a generatorului sincron acest lucru realizându-se prin intermediul automatului de dezexcitare rapidă (a.d.r.) pentru excitatricea generatorului și automatului de dezexcitare rapidă (A.D.R.) pentru generatorul sincron folosind rezistențe de descărcare sau regimul de ondulor al convertorului.

Comanda de dezexcitare e dată de schema de comandă secvențială (simultan cu blocarea impulsurilor) și se realizează prin scurtcircuitarea diodelor Zenner de pe modulele contactorului static și deschiderea contactorilor asigurând prin aceasta descărcarea energiei magnetice, ce este înmagazinată în rotoarele excitatricei și generatorului, prin disiparea ei cu ajutorul rezistențelor aferente fiecărui automat de dezexcitare rapidă. Această energie magnetică rotorică este proporțională cu inductanța înfășurării și cu pătratul curentului rotoric.

Totodată prin inițierea comenzii de dezexcitare rapidă realizată de automatul de stingere al câmpului se comandă și deschiderea întreruptorului de linie prin care generatorul sincron este conectat la sistemul electric.

Protecțiile care conduc la declanșarea cu dezexcitare prin rezistențe sunt:

– curent maxim sau minim de excitație,

– defect regulator automat de tensiune,

– arderea a 3 siguranțe ultrarapide pe braț de punte,

– lipsă 15 V stabilizat.

Principalele performanțe ale acestui sistem de excitație sunt:

– plafon de excitație în tensiune și curent 2 u.r,

– precizia reglajului tensiunii la bornele generatorului sincron 1% Un,

– domeniul de regla al tensiunii prin potențiometru de consemn 7% Un,

– viteză de răspuns în tensiune practic infinită,

– grad de insensibilitate a reglajului, practic zero (regulator cu acțiune continuă),

– statismul reglajului în limitele 0-8%,

– precizia măsurării unghiului intern al generatorului sincron 5% .[3]

În figura numărul 2.1. este prezentată schema de excitație cu generator auxiliar de excitație. Schemă ce a fost utilizată pentru generatorul sincron de 330 MW aferent blocului numărul 6 al termocentralei Rovinari până când blocul energetic a fost introdus într-un program de retehnologizare și modernizare. Programul a vizat creșterea siguranței în exploatare, costuri de producție mai scăzute și reducerea poluării mediului înconjurător.

_____________________________________________________________________

-3-Manualul sistemului de excitație a turbogeneratorului de 330 MW, ICPET București

Fig. 2.1. Sistemul de excitație cu generator sincron auxiliar al generatorului de 330MW

Notațiile efectuate în figura numărul 2.1 au următoarele semnificații:

– a1 separator excitatrice de lucru,

– a2 separator excitatrice de rezervă,

– a3 separator linie 400 KV,

– c1 automatul de dezexcitare rapidă al generatorului sincron de 330 MW (A.D.R.),

– c2 automatul de dezexcitare rapidă al generatorului sincron uxiliar (a.d.r.),

– f1 f2 traductoare măsură mărimi rotorice,

– f3 f4 f5 f6 transformatoare de tensiune,

– k1 k2 k3 bobine de self,

– m1 generatorul sincron de 330 MW,

– m2 generatorul auxiliar de excitație,

– m3 alternatorul de fază,

– m4 transformatorul bloc de 400 MVA,

– m8 transformatoare,

– P1 convertor cu tiristoare,

– P2 convertor cu diode,

– r1 r2 rezistențe de dezexcitare,

– U1 U5 regulatoare de tensiune,

– U2 generator de impulsuri,

– U3 limitator unghi intern,

– U4 U6 blocuri reglaj manual al tensiunii,

– U7 instalații alimentare pornire,

– I întreruptor înaltă tensiune (400 KV).[3]

_____________________________________________________________________

-3-Manualul sistemului de excitație a turbogeneratorului de 330 MW, ICPET București

Capitolul 3

Analiză comparativă între varianta clasică și varianta retehnologizată

a sistemului de excitație al generatorului sincron de 330 MW

ce încorporează A.D.R.-ul.

În urma efectuarii retehnologizării grupurilor energetice din cadrul termocentralei Rovinari care pentru producerea energiei electrice folosește generatoare sincrone de 330 MW s-au efectuat modificări sau mai bine spus modernizări și asupra sistemelor de excitație aferente generatoarelor sincrone.

Sistemul clasic de excitație al generatorului sincron descris în capitolul II al prezentei lucrări a fost înlocuit cu un sistemul static de excitație produs de firma ABB, firmă care se bazează pe o îndelungată experiență și tehnologie eficientă asigurând prin aceasta garanția unui sistem de excitație performant. Acesta conține controlori pe microprocesoare și utilizează tehnologia de ultimă generație a panourilor de circuite imprimate și circuite de semiconductori eficiente.

Modulul regulatorului automat de tensiune este un controlor electronic de putere cu multiple utilizări. El nu controlează doar rezultatul convertoarelor de putere ci și conține de asemenea limitatoare, funcții de monitorizare și alte circuite de control.

Sistemul Static de Excitație de tipul UNITROL T6S-O/U531-D3200 a fost conceput pentru generatorul sincron cu următoarele caracteristicii principale:

– putere nominală 330 MW

– tensiune nominală 24 KV

– frecvența nominală 50 Hz

– factor de putere nominal cos = 0,85

– câmp de curent nominal 2610 A[4]

______________________________________________________________________

-4- Manual de utilizare a UNITROL T6S-O/U531-D3200, ABB, 2011.

Denumirea sistemul static de excitație de producție ABB UNITROL T6S-O/U531-D3200 ce este folosit în prezent la termocentrala Rovinari grupul energetic numărul 6 este explicată mai jos:

Principalii parametri nominali ai sistemului static de excitație sunt:

– curentul nominal de ieșire 2871 A

– tensiunea nominală de ieșire 442,5 V

– curentul maxim 3870 A

– tensiunea maximă 626,2 A

– timp de aplicație plafon maxim 10 s

– timp de răspuns 20ms[4]

Părțile componente din care este alcătuit sistemului static de excitație de tipul ______________________________________________________________________

-4- Manual de utilizare a UNITROL T6S-O/U531-D3200, ABB, 2011.

UNITROL T6S-O/U531-D3200 sunt următoarele:

– transformatorul de excitație;

– convertorul de putere;

– regulatorul automat de tensiune;

– automatul de dezexcitare rapidă;

– disjunctori de câmp;

– separatori electrici ai excitației de lucru și ai celei de rezervă.

Toate aceste părți componente sunt amplasate pe vechiul amplasament al sistemului de excitație clasic de la cota +3,70 m sub generator și sunt montate în trei dulapuri compartimentate după cum urmează:

– dulapul automatului de dezexcitare rapidă, contactor static și conexiuni bare;

– dulapul separatorilor electrici ai excitației (de lucru și de rezervă);

– dulapul de conexiuni bare c.c., convertorul de putere, regulatorul automat de

tensiune și conexiuni bare de c.a.

Sistemul de excitație statică mai are dispus un dulap de control pe ușa căruia este montat terminalul de control, acesta aflându-se amplasat în spatele camerei de comandă a grupului energetic.

Cea mai mare diferență dintre sistemul clasic de excitație și noul sistem static de excitație este dată de înlocuirea generatorului sincron auxiliar montat pe axul turbogeneratorului, cu o excitație având alimentarea asigurată printr-un transformator racordat la bornele generatorului de 330MW. Înfășurarea primară a transformatorului de excitație este alimentată de la bornele generatorului sincron prin intermediul unor bare capsulate monofazate de 24kV și se racordează fără nici un aparat de comutație datorită traseului barelor (scurt, dificil de executat, cote maxime obligatorii reduse) având montate legături elastice numai la legătura de la bornele transformatorului la barele capsulate. Pe partea de joasă tensiune, 650 V curent alternativ, transformatorul de excitație se racordează (tot în bare, dimensionate pentru un curent de durată de (2500A) la dulapul de conexiune al convertorului de putere.

Transformatorul de excitație este un transformator uscat trifazic cu două etape de monitorizare a temperaturii având sistemul de răcire cu circulație naturală a aerului.

Rolul transformatorului de excitație este de a reduce tensiunea de la bornele generatorului până la tensiunea necesară de intrare în convertor, el funcționând simultan ca reactanță comutativă pentru convertor.

Racordul electric dintre transformatorul de excitație pe partea secundară și dulapurile de excitație, cât și racordurile electrice dintre dulapurile de excitație pe partea de curent continuu sunt realizate în bare rigide deschise (poduri de bare).

Transformatorul de excitație uscat marca Asea Brown Boveri are următoarele caracteristicii tehnice:

– putere aparentă nominală 3050 KVA

– tensiunea primară nominală 24 KV

– tensiunea secundară nominală 650 V

– curent secundar nominal 2790 A

– reactanța transformatorului 0.08 p.u. [4]

Transformatorul de excitație comparativ cu generatorul sincron auxiliar oferă următoarele avantaje:

– elimină problemele cauzate de un echipament aflat in mișcare de rotație la o

turație de 3000 rot/min;

– problemele pe partea periilor colectoare ale excitației excitatricei;

– o bună rezistență la scurt-circuite;

– inflamabilitate scăzută;

– nu este afectat de umiditate;

– prezintă o înaltă inerție termică;

– are descărcări parțiale minime;

– costuri reduse de achiziționare, mentenanță și exploatare.

– o întreținere redusă.

Convertorul de putere transformă curentul alternativ primit de la transformatorul de excitație în curent continuu controlat ce este transmis apoi înfășurărilor rotorice ale generatorului sincron.

______________________________________________________________________

-4- Manual de utilizare a UNITROL T6S-O/U531-D3200, ABB, 2011.

Convertorul de putere redundantă este împărțit în trei module convertoare și este conceput astfel încât pierderea unui modul convertor să nu influențeze valorile rezultate. El este dotat cu un circuit de ascundere a câmpului pentru protejarea câmpului generatorului precum și a sistemului de excitație lucru ce este realizat prin reprimarea câmpului magnetic cu ajutorul disjunctorului conectat pe laterala convertorului.

Convertorul de putere spre deosebire de cel clasic asigură trei canale, două automate și unul manual prezentând o fiabilitate și o siguranță ridicată.

Sistemul de excitație reglează tensiunea de la bornele generatorului sincron și fluxul de putere reactivă a acestuia prin convertorii care controlează curentul de câmp.

Puterea de excitație vine de la bornele mașinii, curentul de câmp al mașinii sincrone curgând prin transformatorul de excitație și convertorul de putere.

Disjunctorul de câmp se poate plasa pe laterala de curent alternativ a convertorului sau pe laterala opusă de curent continuu.

La începutul unei secvențe de start, energia magnetică a câmpului vine de la o alimentare suplimentară (bateria de 220 V c.c.). De îndată ce intrarea convertorului atinge 10 – 20 V, convertorul și electronicele de comandă sunt gata de funcționare și energia de pornire este derivată de la bornele generatorului.

După sincronizarea la rețea, sistemul de excitație poate funcționa în modul AVR, reglând tensiunea bornelor generatorului și fluxul de putere reactivă. El poate funcționa și în unul din modurile de control suprapuse, adică comanda Cos-phi (factor de putere) al mașinii sau comanda MVAr (putere reactivă). În plus, el poate fi inclus într-o comandă generală îmbinată de tensiune și control reactiv al stației electrice.

Scopul echipamentului de ascundere a câmpului este deconectarea sistemului de excitație de la înfășurarea câmpului și descărcarea energiei cât mai repede. În funcție de curentul de câmp nominal, circuitul de ascundere constă din:

– disjunctor de câmp cu contacte de descărcare și un rezistor de reprimare a câmpului, sau

– disjunctor de câmp, rezistor de reprimare a câmpului și tiristori cu rangă cu gheare cu electronicele de declanșare aferente.

Circuitul de eliberare cuprinde o rangă cu gheare și o combinație de rezistori de descărcare neliniari.

În regim normal de funcționare, transformatorul de excitație și grupa dulapurilor de redresare sunt continuu sub tensiune, acestea constituind sursa normală de alimentare a circuitului de excitație și doar în cazuri excepționale, în condițiile indisponibilității transformatorului de excitație sau a dulapurilor de redresare, circuitul de excitație va fi alimentat din excitația de rezerva, comutarea de pe excitația de lucru pe excitația de rezerva făcându-se în dulapul separatorilor electrici.

Legăturile de la dulapul în care este montat convertorul de putere și rotorul generatorului se realizează în cabluri de energie de 3 KV.

Sistemul de excitație statică se pornește prin închiderea disjunctorului de câmp cu verificarea împrealabil ca amorsarea excitației să fie realizată. El funcționează în mod normal prin comandă de la distanță dar poate fi comandat și local, comenzile fiind transmise sistemului de excitație în formă de semnale binare.

Toate comenzile și răspunsurile sunt disponibile pentru comanda de la distanță a sistemului de excitație prin intermediul terminalului de control al excitației (ECT) ce este montat pe fața ușei dulapului de control al sistemului de excitație (+6ER), acesta fiind amplasat în spatele camerei de comandă a grupului energetic.

Acest sistem de excitație prezintă două canale de comandă complet independente. Ambele canale sunt echivalente, astfel încât fiecare să poată fi selectat în mod liber ca activ. Canalul de rezervă rămas (sau inactiv) este actualizat continuu și automat pentru a ține pasul cu cel activ.

Comutarea de la canalul activ la cel de rezervă nu modifică modul de reglare ea putând fi efectuată în orice moment, cu excepția situațiilor următoare:

dacă este detectat un eveniment în canalul activ, care necesită comutarea canalului, va avea loc o comutare de urgență la canalul secundar nefiind posibilă reîntoarcerea la canalul defect dacă nu s-a eliminate cauza evenimentului;

dacă un eveniment produce comutarea canalului, poate avea loc un deranjament simultan în tensiunea generatorului. Touși, canalul inactiv (pe care are loc automat comutarea) nu ar trebui să răspundă la deranjamentul dinamic din tensiunea generatorului. Pentru a obține toate acestea, canalul inactiv se adaptează continuu la tensiunea curentă a generatorului în măsură relativ lentă și cu întârziere. Această actualizare relativ lentă a canalului inactiv trebuie luată în calcul în cazul unei comutări manuale de la activ la inactiv: imediat după o modificare a tensiunii generatorului comutarea este întârziată pentru scurt timp astfel, se obține o comutare fără șocuri.

Fiecare canal are un mod automat de reglare a tensiunii și un mod de reglare a curentului de câmp manual.

În modul automat, tensiunea generatorului este reglată astfel încât voltajul produs la bornele generatorului să fie cât mai constant posibil. Dimpotrivă, în modul manual, curentul de camp este menținut constant. În cazul unei sarcini fluctuante a generatorului, punctul de referință al curentului de câmp trebuie monitorizat manual pentru a menține tensiunea generatorului constantă.

În principiu este posibilă inversarea între modurile de operare în orice moment, pentru că există întotdeauna o comandă de monitorizare automată de la regulatorul activ la cel inactiv.

Dacă un eveniment produce o comutare automată în manual, punctul de referință anterior evenimentului se menține. În acest scop, comanda de actualizare a regulatorului de curent reacținează cu întârziere și relativ lent la schimbările din câmpul de curent. Această adaptare oarecum lentă a comportamentului regulatorului de curent trebuie luată în calcul la efectuarea unei comutări din modul automat în cel manual.

Sistemul de excitație al generatorului sincron funcționează în modul automat prin intermediul a două regulatoare. Ambele regulatoare sunt suprapuse cu cel al tensiunii, dar reacționează lent la schimbările condițiilor de funcționare, deranjamentele de rețea de scurtă durată ne influențând aceste regulatoare suprapuse.

În modul automat, punctul de referință al tensiunii generatorului este reglat prin comenzile de creștere/diminuare. La funcționarea fără sarcină, modificarea acestuia reglează tensiunea generatorului, la funcționarea sub sarcină acesta ajustează puterea reactivă. Dacă limita operațională a rotorului sau statorului de generator este depășită, regulatoarele de limitare vor împiedica modificările ulterioare prin comenzile de creștere/diminuare.

Când sistemul de excitație este pornit, punctul de referință al tensiunii generatorului va fi setat automat la valoarea nominală.

Regulatorul de putere reactivă și cel al factorului de putere (Cos φ) au propriile puncte de referință (integrator punct de referință). Dacă regulatoarele suprapuse sunt închise, punctul de referință urmează întotdeauna valoarea actuală. De aceea punctul de funcționare al generatorului va rămâne neschimbat în cazul unei transmisii de la regulatorul automat de tensiune la acela suprapus. În cadrul secvenței de pornire a excitației, punctul intern de referință are o valoare presetată cu creștere lentă. (tensiunea de referință = 100%).

Reglările punctelor de referință pot fi efectuate și manual prin comenzile de creștere/diminuare de la terminalul de control al sistemului de excitație. În modul de reglare a puterii reactive / factorului de putere reacția lentă a regulatorului suprapus trebuie luată în calcul la reglarea punctului de referință. Altfel sistemul ar putea atinge o stare neintenționată de funcționare din cauza întârzierii regulatorului.

Pentru a controla mai bine reglarea punctului de referință, integratorul acestuia poate fi integrat în sistemul de comandă al camerei de comandă. Rezultatul integratorului este apoi furnizat direct la sistemul de excitație ca punct de referință de la distanță pentru regulatorul puterii reactive/factorului de putere.

În modul manual punctul de referință al curentului de câmp este ajustat prin comenzile de creștere/diminuare, modul manual fiind conceput ca reglare a curentului de câmp (nu a tensiunii generatorului). De aceea, în modul manual personalul de operare trebuie să monitorizeze la perfecție excitația generatorului. Atât timp cât semnalele curentului generatorului și ale transformatorului de tensiune sunt prezente, un reductor PQ limitator la subexcitație previne de asemenea subexcitația periculoasă a mașinii în modul manual, care în cazuri extreme poate duce la alunecare. Mai mult, în operarea fără sarcină la viteză rotațională redusă, un reductor V/Hz micșorează excitația pentru a împiedica suprasaturația magnetică mașinii și a transformatoarelor conectate.

Variabilele operaționale precum tensiunea generatorului, curentul generatorului și puterea reactivă trebuie monitorizate de personalul de operare și, dacă e necesar, reglate prin modificarea punctului de referință al curentului de câmp.

Spre deosebire de modul automat punctul de referință nu este limitat în caz că se depășesc limitele operaționale ale înfășurărilor rotorului sau statorului generatorului sincron.

Modul de funcționare pe manual nu este activ în condiții de funcționare normală., dar operatorul poate selecta acest mod pentru teste sau reparații. O comutarea automată la modul manual nu poate avea loc decât dacă măsurătorile tensiunii generatorului se pierd.

Oscilațiile de joasă frecvență a roții magnetice a generatorului și/sau frecvența de rețea pot fi amortizate prin stabilizatorul sistemului de putere (PSS). Acesta este activat imediat ce puterea activă a generatorului atinge o anumită valoare reglabilă . Stabilizarea sistemului de putere nu necesită setări efectuate de personalul de operare. PSS-ul poate fi întotdeauna oprit manual și se închide automat dacă puterea activă a generatorului și tensiunea ies din intervalul de valori sau dacă generatorul nu mai este conectat la rețea.

Sistemul de excitație conține un regulator de rezervă independent pentru curentul de câmp cu propriul controlor de circuit. În cazul eșecului ambelor canale normale (modurile automat și manual), comanda este automat mutată pe canalul de rezervă. Acesta are funcții limitate: el asigură doar reglarea curentului de câmp și conține un monitor pentru supracurent la excitația transformatorului, de aceea, funcționarea pe canalul de rezervă este doar o situație de urgență temporară.

În cazul activării canalului de rezervă sistemul de excitație trebuie închis în ordinea normală.

În cazul acționării uneia dintr protecțiile generatorului sistemul de excitație este automat închis și disjunctorul de câmp (FCB) aflat în dulapul de dezexcitare (+6EE1) se deschide, unghiul de saturație al convertorului (+6EG13) este astfel mutat în modul invertor (pentru feedback energetic) și rezistorul de descărcare (RD) este întors în paralel cu înfășurarea rotorului, astfel încât generatorul (G6) să poată fi descărcat repede prin convertor și rezistor. După 60 secunde impulsurile de saturație sunt blocate astfel încât convertorul să fie complet închis.

După ce excitația a fost oprită din cauza unei alarme, mesajele de evenimente sunt afișate pe terminalul de control al excitației (ECT), deci el este folosit pentru a comanda și monitoriza sistemul de excitație. ECT este un PC industrial puternic cu o interfață om-mașină prietenoasă care rulează independent de CPU-urile de comandă. Ecranul tactil TFT oferă o gamă de opțiuni care arată informații despre statusul sistemului de excitație sub formă numerică și grafică, personalul autorizat putând vedea și regla toate valorile parametrilor. Mai sunt disponibile și instrumente de analiză pentru reparații. Toate datele și evenimentele importante sunt salvate în ECT și pot fi afișate pe ecran sau exportate pentru cercetări amănunțite.

În figura numărul 3.1 este prezentată schema sistemului de excitație statică a generatorului sincron de 330 MW ce folosește UNITROL T6S-O/U531-D3200.

Notațiile efectuate în figură au următoarele semnificații:

– +6EE1 – dulap dezexcitație;

– +6EE2 – dulap dezexcitație;

– +6EE3 – dulap dezexcitație;

– +6EGS – dulap dezexcitație;

– +6EG13 – dulap dezexcitație;

– +6EA – dulap dezexcitație;

– +6ER – dulap dezexcitație;

– +ECT – terminal control excitație;

– FCB – disjunctor câmp de curent electric;

– RD – rezistențe dezexcitare;

– TT – transformator de măsură de tensiune;

– TC – transformator de măsură de curent;

– G6 – generator sincron de 330 MW;

– T6 – transformator bloc 400MVA;

– 6TEx – transformator excitație;

Fig. 3.1. Schema sistemului de excitație statică a generatorului sincron de 330 MW cu UNITROL T6S-O/U531-D3200

Din prezentarea efectuată mai sus reies evident avantajele sistemului de excitație statică tip UNITROL a generatorului sincron de 330 MW, dar pe lângă diferențele prezentate anterior față de sistemul clasic de excitație cu generator sincron auxiliar folosit înaintea retehnologizării grupului energetic numărul 6 din cadrul termocentralei Rovinari mai putem enumera următoarele avantaje:

– este un sistem de excitație modern bazat pe o înaltă tehnologie de fabricație;

– exploatarea acestuia are o bună fiabilitate;

– exploatarea este facilă cu un înalt grad de siguranță;

– are un sistem performant de detectare și diagnosticare a posibilelor defectelor;

– este un sistem de excitare foarte economic din punctul de vedere al costurilor

efective legate de implementare, mentenanță și exploatare;

– poate fi ușor adaptat din punct de vedere constructiv și pentru alte tipuri de

generatoare sincrone folosite în sistemul energetic național.

Mai putem menționa că acest sistem de excitație statică este implementat și la alte grupuri energetice din cadrul termocentralei Rovinari precum și în alte termocentrale din România.

Capitolul 4

Studiu de caz privind influența curentului de excitație asupra

sarcinii generatorului sincron de 330 MW.

În acest capitol s-a efectuat un studiu de caz cu privire la influența pe care o are curentul de excitație produs de sistemului de excitație statică cu transformator descris în capitolul anterior (tip UNITROL T6S-O/U531-D3200) asupra generatorului sincron de 330 MW din punct de vedere al sarcinii active și reactive.

Acest studiu de caz s-a desfășurat la grupul electroenergetic numărul 6 din cadrul S.C. Complexul Energetic Oltenia – Sucursala Electrocentrale Rovinari și s-a derulat pe o perioadă mai îndelungată de timp pentru a putea avea o plajă a valorilor cât mai mare.

Parametrii generatorului sincron de 330 MW care au fost urmăriți pe această perioadă pentru acest studiu de caz sunt următorii:

– puterea activă (P),

– puterea reactivă (Q),

– curentul de excitație a generatorului sincron (Iex),

– tensiunea de excitație a generatorului sincron (Uex),

– tensiunea la bornele generatorului (Ugen).

Valorile care au fost obținute pe perioada monitorizării generatorului sincron de 330 MW din cadrul grupului electroenergetic numărul 6 al Sucursalei Electrocentrale Rovinari sunt valori reale citite de la instalația de monitorizare parte integrantă a sistemului de excitație de tip UNITROL T6S-O/U531-D3200, sistem de excitație din care face parte și automatul de dezexcitare rapidă, obiectul prezentei lucrări de disertație.

Dintre toate valorile obținute sunt trecute în tabelul următor doar o serie de valori considerate reprezentative pentru regimul de funcționare în sarcină la puterea respectivă a generatorului sincron de 330 MW :

Tabelul 4.1

În baza valorilor consemnate în tabelul 4.1 sau ridicat caracteristicile pentru puterea activă, puterea reactivă și tensiunea de excitație în funcție de curentul de excitație. Aceste caracteristice sunt reprezentate în graficele următoare:

Fig. 4.1. Caracteristica P=f(Iex) a generatorului sincron de 330 MW.

Fig. 4.2. Caracteristica Q=f(Iex) a generatorului sincron de 330 MW.

Fig. 4.3. Caracteristica Uex=f(Iex) a generatorului sincron de 330 MW.

Puterea activă și reactivă ale unui generator sincron trebuie să fie egale cu puterile active și reactive ale sistemului electric la care este conectat. Puterea activă produsă de generator este în strânsă corelare cu debitul de abur vehiculat prin turbină.

Variația puterii reactive este legată de variația tensiunii de la bornele generatorului sincron, dacă puterea reactivă furnizată de generator este prea mare trebuie să se micșoreze curentul de excitație al generatorului pentru a reduce tensiunea la bornele generatorului iar dacă puterea reactivă este prea mică tensiunea la bornele genratorului scade de aceea trebuie să se mărească curentul de excitație a generatorului pentru a readuce tensiunea la valoarea nominală. Această variație este explicată prin faptul că crescând curentul de excitație crește și câmpul magnetic produs de rotor ceea ce va conduce la creșterea forței electromotoare și a tensiunii la bornele generatorului, rezultatul invers se obține prin micșorarea curentului de excitație. Controlul acestui reglaj este realizat automat de regulatorul automat de tensiune.

Puterea de sincronizare a unui generator sincron crește când se mărește intensitatea curentului său de excitație crescând totodată și stabilitatea de funcționare în paralel a generatorului sincron.

În cazul unui generator sincron cuplat la un sistem electric dacă i se mărește puterea activă fără a se modifica curentul de excitație al generatorului puterea de sincronizare se micșorează iar stabilitatea scade. Dacă curentul de excitație este prea mic la depășirea unei anumite valori a puterii active generatorul nu se mai menține în sincronism cu rețeaua electrică și se “desprinde” ieșind din sincronism. Pentru cazul când generatorul debitează energie reactivă în rețea excitația sa este mai ridicată, stabilitatea fiind mărită iar dacă primește energie reactivă din rețea intensitatea curentului de excitație va fi redusă și coborând sub un anumită valoare ea va determina ieșirea din sincronism a generatorului sincron.

B I B L I O G R A F I E

-1- I.Dumitrescu, D. Călueanu, A. Heller, R. Morar, V. Nițu, N. Racoveanu, Electrotehnică și Mașini Electrice, Editura Didactică și Pedagogică, București 1983.

-2-Cartea tehnică a turbogeneratorului THA – 330 – 2, ICPET București

-3-Manualul sistemului de excitație a turbogeneratorului de 330 MW, ICPET București

-4-Manual de utilizare a UNITROL T6S-O/U531-D3200, ABB, 2011;