Погонска карта генератора Аутор: Мићић Ненад 948/2012 Факултет техничких наука, Чачак Електротехничко и рачунарско инженјерство, 2013/14 е-mail: nenmic800@gmail.com Ментор рада: проф. др Јерослав Живанић Апстракт- Циљ рада јесте да се види кретање радне тачке генератора у зависности од промене параметара који утичу на стабилност рада самог генератора (cosφ,x d,x q,i,δ...), представљених на погонској карти, тј. P-Q дијаграму. Кретањем радне тачке, тј. променом параметара, добијамо различите вредности активне P и реактивне Q снаге. За конкретне примере су узети генератори великих снага термо и хидроелектрана у Србији., Кљтчне речи- P-Q дијаграм; хидроелектрана; термоелектрана; стабилност генератора 1 Увод- Погонски дијаграми, P G -Q G криве, су неопходни оперативном особљу за правилан избор оптерећења генератора. Ове криве дефинишу граничне режиме реактивних снага Q G Q Gn (MVAr) при раду генератора са номиналном или сниженом активном снагом P G P Gn (MW). Додатну тешкоћу представља чињеница да, током дугогодишњег рада, неминовно долази до мањих или већих промена параметара генератора који су релевантни за дефинисање P-Q кривих. Зато је уобичајено да се у периоду експлоатације повремено, на сваких 6-7 година или после већих ремоната, испитивањима одређују (или проверавају) P-Q криве генератора. Бројне су тешкоће да се PG-QG криве одреде директним мерењем при раду генератора у великом броју различитих режима, које карактеришу различите вредности активних и реактивних снага, за дате вредности напона, а да при томе достигнута максимална вредност побудне струје задржава дату вредност If =const. Зато се најчешће погонске карте генератора одређују комбинованим поступком мерења и прорачуна на основу вредности реактанси генератора. У овом раду биће представљена погонска карта хидро и турбо-генератора, поступак конструисања са свим карактеристикама уз практичне примере конструкције погонске карте хидрогенератора електрана Међувршје и Бајина Башта, као и турбогенератора електрана Морава, Колубара, Костолац и ТЕНТ (Термоелектрана Никола Тесла ). 2 Режими рада 2.1 Копжшћгнг вглжчжнг На фазорском дијаграму имамо следеће величине: номинални напон на изводима генератора-фазни номинална струја фазна електромоторна сила у празном ходу фазна угао између напона на изводима и струје статора фактор снаге (способност генератора да производи реактивну снагу) угао између електромоторне силе и напона (угао оптерећења) угао између електромоторне силе и струје статора. реактанса расипања (по попречној оси) реактанса расипања (по подужној оси)
струја по попречној оси струја по подужној оси 2.1 Ппомгна рачжнжоца рнагг При одступању сачиниоца снаге од назначене вредности (cosφ), мора бити задовољен услов да струја статора или ротора не пређе дозвољене назначене вредности. У неким режимима рада као ограничење се јавља само струја статора, а у неким само струја ротора., у зависности да ли је генератор у подпобуђеном и надпобуђеном режиму рада. Промена вредности cosφ утиче на промену реактивне снаге, тј. повећањем вредности cosφ опада вредност реактивне снаге и обрнуто. 2.2 Побсдна репсја Код разних оптерећења (фактора снаге) на начин приказан на (рлжка 2.1) приближно можемо одредити потребну вредност побудне струје за дате вредности назначеног напона и струје. Са (рлжка 2.1) се може видети да, са смањењем фактора снаге индуктивног карактера, расте потребна побудна струја, односно загревање побудног намотаја. Дакле, ако се захтева градња синхроне машине за мањи индуктивни фактор снаге, то указује на потребу за већом побудном струјом, односно потребним већим пресеком проводника побудног намотаја, што има за последицу поскупљење машине. Слжка 2.1- Ппжблждно одпгђжвањг жоепгбнг жобсднг репсјг жпж паенжм ожегпгћгњжма 2.3 Ужпављањг нопмалном пгджмс пада жоджожсђгног ггнгпаеопа Ако се жели повећати производња реактивне снаге са Q на Q', онда се повећава побудна струја. Тиме се фазор емс повећава на. Повећањем вредности фазора емс са на. мора се смањити вредност угла са δ на δ''. Вредност угла φ се повећава на φ, тј. повећава се вредност индуктивне компоненте струје. У новом радном стању. Због веће побудне струје, односно због мањег угла рад генератора је стабилнији. 2.4 Ужпављањг жпожеводњом акежвнг рнагг P Активну снагу P синхронизованог генератора можемо да добијемо само доводом погонског средства, нпр. доводом паре парној турбини. Уз занемарење губитака, из израза: (1) следи да се услед повећања снаге P, уз непромењење вредности величина и, повећава угао δ. Фазор разлике,, узрокује струју индукта,, која има радну и капацитивну компоненту (рлжка 2.2а). Овај режим би био потпобуђен, што се збогнестабилности избегава. Зато се генератор прво мора натпобудити са на, а потом се повећањем количине паре турбини фазор помери за угао δ. Тако смо дошли до нормалног стања рада генератора. Струја индукта сада има радну и индуктивнукомпоненту (рлжка 2.2б).
Слжка 2.10- Ужпављањг жпожеводњом акежвнг рнагг P 3 Поступак коструисања погонске карте турбо и хидрогенератора са примерима Дакле креће се од фазног дијаграма и то напонског каквог смо већ упознали (рлжка 2.3a). Када се подели са реактансом (односно закрене у десно за ) добије се струјни фазорски дијаграм (рлжка2.3b). Сада се све помножи са напоном и већ се назире погонски дијаграм (рлжка 2.3c). Из нацртаног се види да је синхрона реакција мања од 100%, јер се узме да је називни напон 100% и ако је нужно мање од 1 тј. мање од 100%. веће од 1 тада је Слжка 2.3- жоресжак конрепсжрања жогонркг капег еспбоггнгпаеопа Цртање погонске карте за синхрони генератор који има ротор са истакнутим половима (хидрогенератор) и који има синхрону реактансу у d-оси а синхрону реактансу у q-оси, номинална радна тачка има =0,8, минимална побуда је 0,1 (10%), а практична граница стабилности је 0,1S n мања од теоријске границе стабилности. Слжка 2.3- жоресжак конрепсжрања жогонркг капег хждпоггнгпаеопа
4 Практични примери конструисања погонске карте генератора Величине генератора Номинални напон U n (kv) Табгла 1-номжналнг впгднореж ггнгпаеопа Привидна снага S n (kva) Фактор снаге cos φ Синхроне реактанса по подужној оси X d % Синхрона реактанса по попречној оси X q % 1. 400 750 0,8 124 62,8 Слжка 2.4- Погонрка капеа хждпоглгкепанг Мгђсвпшјг, агпггае Х3 1. Крива 1 представља круг константне привидне снаге (S n = const). То је ограничење радне области генератора због загревања статора. 2. Крива 2 је крива константне струје ротора и представља границу изван које је ротор преоптерећен. То је геометријско место тачака (P-Q) дефинисано следећом функцијом P=P(Q) у параметарскомоблику: (2) (3) (4) (5) (6) 3. Крива означена бројем 3 је граница минималне побуде. То је геометријско место тачака (P-Q) у којима се има побуда генератора 20% од номиналне, конструише се на исти начин као крива 2. 4. Теоријска граница статичке стабилности је означена бројем 4. У радним тачкама лево од ове границе генератор не може радити стабилно већ губи синхронизам. 5. За погон генератора од веће важности је познавање практичне границе статичке стабилности, пошто је у близини теоријске границе стабилност лабилна и сваки поремећај води генератор у губитак синхронизма. Практична граница статичке стабилности означена је на погонском дијаграму бројем 5. Крива се добија тако што се за сваку претходно добијену тачку (P,Q) на теоријској граници смањи P за 0,1 P а затим се том смањеном вредношћу израчуна одговарајућа вредност за Q из исте функције константне побуде.
6. Кружница означена бројем 6 је круг нулте побуде. То је то геометријско место радних тачака у P-Q дијаграму при искљученој побуди. Теоријки гледано, генератор може давати извесну активну снагу потпуно непобуђен, али то нема практичног значаја због проблема са великом капацитивном снагом и стабилношћу. Осим ових ограничења радне области генератора, постоје и ограничења које диктира турбина. Линија 7 ограничава максималну снагу агрегата у складу са максималном снагом коју може дати турбина. Линија 8 је ограничење због техничког минимума турбине, пошто Френсисова турбина на снагама испод техничког минимума ради нестабилно и са малим степеном користи. Рад генератора у капацитивном режиму може бити ограничен због загревања крајњих пакета лимова језгра статора расутог магнетног флукса. То евентуално ограничење дефинисаће произвођач. 4.1 Конрепсжрањг жогонркг капег агпггаеа егпмоглгкепанг Мопава Табгла 2- Номжналнг впгднореж агпггаеа Слжка 4.24 Кпгеањг паднг еачкг жпжлжком жпомгнг сгла ожегпгћгња δ Тaбгла 3- Ппомгна впгднореж акежвнг ж пгакежвнг рнагг жпомгном сгла ожегпгћгња Као и у предходним примерима променом угла оптерећења мењамо вредности активне и реактивне снаге, с тим што у овом примеру имамо представљену радну тачку R1 која приказује радни режим испод минималне снаге турбине чије су вредности приказане црвеном бојом у еабглж 4.7, при чему је степен искоришћења мали због чега се у пракси не примењује. Са R2, R3, R4 су представљене радне тачке при различитим cosφ, углом δ и струјом побуде.
5 Закључак Тренутно стање електроенергетског система проузроковано старосним веком опреме у Србији је такво да су неопходни ремонти и ревитализације како би се квалитет преноса електричне енергије подигао на виши ниво. Старосни век опреме је један од главних узрока нестабилног рада генератора што утиче на кретање радне тачке која је представљена у овом раду на дијаграму снага, тј. погонској карти генератора, због чега је неопходно снимање вредности погонске карте сваких 6-7 година. У другом делу су представљени режими рада и промене величина (cosφ, x d, x q, i n,...) у зависности о ком режиму рада је реч (подпобуђен или надпобуђен). У трећем делу је описан почетак конструкције погонске карте генератора, почевши од напонског и струјног дијаграма. Четврти део говори о конкретним примерима погонских карти и практичним примерима померања радне тачке чије су вредности представљене у табелама. На основу овог рада можемо одредити погонску карту синхроног генератора, било да је у питању хидро или турбо-генератор, јер из конкретних примера видимо да су разлике у конструисању веома мале, тако да инжењер у сваком тренутку може прилично тачно нацртати погонску карту и са ње очитати жељене вредности за различите режиме рада синхроног генератора. Литература [1] Др Јерослав М. Живанић, Владимир Остраћанин, Љубинко Филиповић: Сжнхпонг машжнг, Технички факултет у Чачаку 2010. [2] Др Миленко Б. Ђурић: Елгмгнеж ЕЕС-а, Електротехнички факултет, Београд 1998. [3] Главни пројекат ревитализације хидрогенератора Аустријске фирме Andritz Hydro-Weiz- Austria [4] Др Милоје Костић, дипл.инг. Никола Георгијевић: Конструисање стварних погонских карактеристика генератора (по новој методи за одређивање Потјеове реактансе), Електротехнички институт Никола Тесла, Београд [5] Владимир В. Милосављевић, Драган С. Петровић Хждпоггнгпаеопж, Београд 2007. [6] Др Ниленко Б. Ђурић, Др Александар Р. Чукарић, Жељко Ђуришић, Београд 2004. [7] www.ieee.hr/_.../sg05_08b_pogonska_karta.ppt [8] www.etf.ac.me/materijal/1303810603sinhrona 4.ppt [9] damirvets.tripod.com/sinh gen.pdf [10] www.etf4.zoomshare.com/files/.../pogonska karta.pdf [11] www.etfos.unios.hr/upload/.../obavijesti.../515esp2.p... [12] www.etf.ac.me/materijal/1303810603sinhrona 4.ppt [13] www.pomorci.com/skole/.../sinhrone%20masine.pdf [14] muricmilorad.files.wordpress.com/.../ispitivanje-sinhro... [15] www.fer.unizg.hr/_download/repository/skripta_sinkroni_eep_v2%5b1%5d.pdf