Системи побуде синхроних генератора са конкретним примером хе. Бистрица Аутор: Стојић Обрен Факултет техничких наука, Чачак Електротехничко и рачунарско инженјерство, 2013/14 е-mail: obren88@gmail.com Ментор рада: проф. др Јерослав Живанић Апстракт- У раду се анализирају врсте побудних система примењених у Електропривреди Србије. Прво је извршена општа подела система побуде према конструкцији, начину и врсти напајања. Затим је, према утврђеној подели система побуде, извршена класификација система побуде појединих генератора у Електропривреди Србије. На основу извршене анализе процењена је потреба за њиховом ревитализацијом. У раду је такођр описан тиристорски систем побуде, са електричним кочењем и дигиталним аутоматским регулатором побуде у хидроелектрани Бистрица. Кљтчне речикарактеристике. систем побуде, микропроцесорски регулатор побуде, електрично кпчеое, динамичке 1 Увод- Синхроне машине, сходно принципу реверзибилности обртних електричних машина, могу да раде у моторном и генераторском режиму. Међутим, поред ове две улоге, синхрона машина може да има и трећу улогу, односно може да ради као синхрони компензатор,тако да синхроне машине обухватају : - синхроне моторе, - синхроне генераторе, - синхроне компензаторе. У првом делу овог рада описана је основна конструкција синхроног генератора, нјегови основни делови дат је и принцип рада синхроног генератора да би се касније лакше објаснили системи побуде синхроних генератора. У другом делу овог раду се анализирају врсте побудних система примењених у Електропривреди Србије. Прво је извршена општа подела система побуде према конструкцији, начину и врсти напајања. Затим је, према утврђеној подели система побуде, извршена класификација система побуде појединих генератора у Електропривреди Србије. На основу извршене анализе процењена је потреба за њиховом ревитализацијом. У трећем делу овог рада описан је тиристорски систем побуде, са електричним кочењем и дигиталним аутоматским регулатором побуде у хидроелектрани Бистрица. У раду је дат опис статичких система побуде уграђених на два агрегата у ХЕ Бистрица снаге 54 МВА. Дата је структура система побуде у коју је, поред основне регулационе опреме, укључена и опрема за електрично кочење агрегата. Детаљно је приказана реализација првог домаћег микропроцесорског регулатора побуде која обухвата хардверску структуру и регулационе и управљачке функције. Такође су дати одзиви система регулације побуде при великим и малим поремећајима, као и дијаграми заустављања агрегата при електричном кочењу. 2. Основна конструкција синхроног генератора Синхрони генератор је типични представник електричне машине велике снаге и малосеријске производње. Чињеница да је степен искоришћења већих јединица бољи (већа је економичност), има за
последицу изградњу електрана и агрегата већих снага. Јединичне снаге генератора прелазе и 1000 МWА. Према погонској машини, генераторе делимо на еспбоггнгпаеопг, где је погонске машина парна или гасна турбина, хидпоггнгпаеопг, где је погонска машина водна (хидро) турбина и дизглггнгпаеопг где је погонска машина дизел мотор. Према облику ротора, делимо их на машине са цилиндпичним поеопом и поеопом ра иреакнсеим жоловима, док је статор цилиндричног облика, трофазни. Према брзини обртања (при учестаности од 50Hz ), делимо их на бпзоходнг (750 до 3000ob/min, са бројем пари полова ж = 4 до 1), рпгдњих бпзина (300 до 600ob/min, ж =10 до 5) и ржопоходнг (мање од 300ob/min, више од 10 пари полова). 2.1. Принцип рада Кроз проводнике побудног намотаја пролази једносмерна струја услед које настаје стално магнетско поље. Магнгеножобсдна рила (мжр) побуде мирује у односу на ротор, па се назива стојећом. Смер једносмерне струје кроз проводнике ротора је такав да је један пол северни, следећи јужни итд. Обртањем ротора ствара се обртно магнетско поље. Ово поље пресеца проводнике статора и у њима индукује гмр чија је тренутна вредност по проводнику e pr ( t) ivb( t). При сталној брзини обртања, гмр има исти облик као и магнетско поље. Код трофазних намотаја статора, индуковане гмр сваке фазе су једнаке по вредности а временски су померене за једну трећину периоде или, ако су представљене векторима, ови су померени за угао 2π /3. Ако ротор има један пар полова, онда ће се, при једном обртају, имати једна потпуна промена гмр, односно за p пари полова имаћемо p промена гмр. Пошто је ж =const., а у електроенергетским системима се захтева одговарајућа стабилност учестаности (стандард за Европу је 50Hz, док је за Америку 60Hz ), онда и брзина обртања синхроних машина мора бити константна, и одређена је изразом: 60 f n const 3. Системи побуде синхроног генератора Синхроне машине, као што је одавно познато, имају углавном електромагнетну побуду, тј. оне се побуђују протицанјем једносмерне струје кроз побудне намоте ради стварања стварања сталног магнетног поља. Побуда се може обезбедити и помоћу сталних магнета. Под побудним системом и системом за регулисање побуде подразумевају се машине и апарати којима се производи и подешпава једносмерна струја која служи за побуђивање синхроне машине. Поред нормалног снадбевања једносмерном струјом при устаљеном радном стању,утицај побудног система је значајан на понашање синхроне машине и у прелазним процесима. такође, утицај побудног система веома је значајан за пренос електричне енергије на велике даљине, у смислу стабилности и поузданости рада. Основни захтеви које побудни систем треба да испуни су : - да буду поуздани и економични; - да постижу регулисање побудног напона у одређеним границама ; - да омогуће довољно брз пораст напона побуде при ненормалним режимима (форсирање)
3.1. Врсте побудних система Могуће је извршити класификацију система побуде синхроних генератора на више начина у зависности од избора критеријума за анализу. Према начину напајања системи побуде се деле на: системе побуде са независним напајањем и системе побуде са самопобудом. Према конструкцији могуће је поделити системе побуде на: електромашинске; статичке и мешовите (машинско-статичке). Према врсти извора који обезбедјује једносмерну побудну струју системи побуде се деле на: системе побуде са једносмерном будилицом (DC), системе побуде са наизменичном будилицом (AC) и статичке системе побуде(st). 3.2. Kласификација система побуде у електранама електропривреде Србије Врсте система побуде Број турбогенератора Број хидрогенератора Укупан број генератора са датим системом побуде Системи побуде са једносмерном будилицом (DC) Системи побуде са наизменичном будилицом (AC) Статички системи побуде (ST) Укупно генератора 5 (26,3 %) 4 (21,1 %) 10 (52,6 %) 19 (100 %) 26 (49,1 %) 6 (11,3 %) 21 ( 21 (39,6 %) 53 (100 %) 31 (43,1 %) 10 (13,8 %) 31 (43,1 %) 72 (100 %) Преглед примењених врста система побуде у Електропривреди Србије 3.3. Регулација побуде Све веће потребе за електричном енергијом које намеће савремено друштво, довеле су до развоја аутомацких система за регулацију које обезбеђују неопходан квалитет електричне енергије. Напон и фрекфенција су основни показатељи квалитета електричне енергије. Због тога се у процесу аутомацког управљања производњом и регулацијом електричне енергије врши њихова регулација, а посредно преко њих и регулација активне и реактивне снаге синхроних генератора.генератори који данас напајају неки енергетски систем су углавном снадбевени са једном од две врсте аутоматског регулатора побуде односно са регулатором пропорционалног дејства или са вишепараметарским регулатором.
4. Тиристорски систем побуде са електричним кочењем и дигиталним аутоматским регулатором побуде у хе. Бистрица Прва од Лимских електрана пуштена у погон је хидроелектрана "Бистрица" са два агрегата по 54 Мега-Волт -Ампера, са компензационим басеном камене бране Радојна висине 43 метра у дужини 7 километара и акумулацијом од 7,6 милона кубика воде.тадашњи технолошки првенац у изградњи хидроелетрана био је тунел дуг више од 8 километара са цевоводом дугим 1.357 метара уз машинску зграду кроз чије се турбине после пада од 375 метара вода слива у Лим,правећи енергију која ће потећи те 1960. године првим 220 киловолтним далеководом у тадашњој Југославији. Највећи висински пад и најдужи тунел у то време имала је хидроелектрана Бистрица. У ХЕ Бистрица је 2000. године извршена замена постојећег електромашинског система побуде новим статичким системом побуде. Енергетско коло система побуде је реализовано помоћу два тиристорска претварача који раде паралелно један другом, а сва опрема је димензионисана да може да оствари фактор форсирања 2 и по напону и по струји. У новом систему побуде је уграђен први домаћи дигитални аутоматски регулатор побуде који је развијен и произведен у Институту Никола Тесла. Микропроцесорски регулатор је реализован тако да, поред обављања свих регулационих и управљачких задатака, врши фазну регулацију и управљање тиристорским мостовима. 4.1 Структура енергетског кола система побуде Шема система регулације побуде је одабрана тако да се побуђивање генератора остварује у самопобуди са почетном побудом напојеном из једносмерног развода или независно када су тиристорски мостови напојени из мреже преко исправљачког трансформатора. Предност овакве шеме система побуде је што омогућава сигурно побуђивање у свим условима рада. Такође, погон је економичан због тога што се исправљачки трансформатор користи и као трансформатор за електрично кочење. Напајање побудног намотаја генератора врши се из уљног побудног трансформатора преко два шестопулсна пуноуправљива тиристорска претварача у паралелном раду. Несиметрично вођење тиристора који раде паралелно контролише се заштитом од несиметрије тиристорских мостова. Тиристорски претварачи имају принудно ваздушно хлађење остварено помоћу два вентилатора. Управљање енергетским претварачима се врши преко 12 управљачких сигнала, који се воде на гејтове тиристора два исправљачка тиристорска моста. Управљање се врши фазном регулацијом која омогућава реализовање контролисане излазне вредности напона тиристорских мостова у опсегу 0 540 VDC. Почетно побуђивање агрегата је остварено из развода акумулаторских батерија (након пораста напона статора побуђивање преузимају тиристорски мостови). Време трајања почетног побуђивања временски је ограничено. Уколико за то време није достигнуто 80% референтне вредности напона празног хода генерише се сигнал опомене уз разбуђивање система. 4.3. Диспозиција опреме Сва опрема је смештена у три ормана. У првом Е1 орману налази се опрема за регулацију, управљање, заштиту, мерења и сигнализацију. У следећем Е2 орману смештени су: наизменични развод за напајање тиристорских мостова, растављачи на наизменичној страни тиристорских мостова, струјни трансформатори, тиристорски мостови са вентилаторима и пренапонска заштита на једносмерним сабирницама (антипаралелни тиристори и отпорник). Орман Е3 служи за смештај прекидача за демагнетизацију, отпорника за демагнетизацију и склопа за почетно побуђивање.
4.4. Структура дигиталног регулатора побуде Основна намена дигиеалног пггслаеопа жобсдг (ДАРП) састоји се у реализацији аутоматске регулације напона генератора. Поменута управљачка функција имплементирана је коришћењем више модула, реализованих у комбинованој аналогној и дигиталној техници. Компактност и модуларност решења обезбеђени су коришћењем микропроцесорских компоненти, које повећавају поузданост уређаја и омогућавају једноставну измену и контролу рада управљачког алгоритма. Управљачке функције ДАРП-а реализоване су коришћењем следећих модула: картица мерних претварача (КМП), микроконтролерска картица (МК), картица дигиталне логике (КДЛ), картица дигиталних излаза (КДИ), картица дигиталних улаза (КДУ). Блок шема повезивања електронских картица управљачког дела ДАРП-а дата је на слици. 5. Закључак Блок шема управљачке електронике. Систем за регулацију побуде треба да је поуздан, економичан, да омогући регулацију напона на крајевима генератора у одређеним границама и довољно велику и брзу промену струје побуде при ненормалним режимима рада. Стога све системе побуде са застарелом опремом и системе који не испунјавају услове треба заменити новим и поузданим системима побуде.у раду је дат преглед врста и
карактеристика система побуде који се сада налазе у употреби у електранама Електропривреде Србије.С обзиром на застарелост великог броја система побуде у електро привреди Србије, потребно је извршити њихову модернизацију потпуном или делимичном заменом свих система побуде чији животни век је прошао савременим статичким системима побуде опремљеним дигиталним регулаторима. Развој и примена савремених техничких и технолошких решења довела је и у области електроенергетике до реализације флексибилних уређаја који омогућавају реализацију широког спектра регулационих, управљачких и заштитних функција. Један од таквих комплексних уређаја је и тиристорски систем побуде са дигиталним микропроцесорским регулатором и електричним кочењем који је развијен и примењен на два агрегата у ХЕ Бистрица. 6. Литература [1] Јерослав М. Живанић, В. Остраћанин, Љ.Филиповић : Електрицне машине 3 [2] Б. Митраковић: Синхроне машине, Научна књига, Београд, 1986. [3] А. Доленц: Синхрони стројеви, Научна књига, Загреб, 1976. [4] З. Ћирић, И. Стевановић, Ђ. Стојић, Ј. Драгосавац, С. Јосифовић, Тиристорски систем побуде за синхроне генераторе А и Б снаге 54 МВА у ХЕ Бистрица, Електротехнички институт Никола Тесла, Београд, 2001. [5] З. Ћирић, И. Стевановић, Ђ. Стојић, Димензионисање енергетске опреме за статичке системе побуде, 26. Саветовање JUKO CIGRE, Теслић, 2003, Р11-05. [6] Ђ. Стојић, З. Ћирић, И. Стевановић, Дигитални аутоматски регулатор побуде синхроног генератора, Електропривреда, 2003/4. [7] М. Ћаловић РЕГУЛАЦИЈА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТСКИХ СИСТЕМА, ТОМ 2, Електротехнички факултет у Београду, Београд, 1997. [8] IEE Committee Report: PROPOSED EXCITATION SYSTEM DEFINITIONS FOR SYNCHRONOUS MACHINES, IEEE Trans. PAS, No 8, 1969. [9] Gumin, M. I.: RAS^ET RE@IMOV I VIBOR STRUKTURNIH SHEM REGULIROVANIJA NAPRA@ENIJA NA ELEKTRI^ESKIH STANCIJAH, BTI ORGRES, Moskva, 1970. [10] I. I. Solovev: AVTOMATI^ESKIE REGULATORI SINHRONIH GENERATOROV, Energoizdat, Moskva, 1981.. [11] И. Стевановић, З. Ћирић, Д. Арнаутовић: РЕГУЛАЦИЈА НАПОНА ОДНОСНО ПОБУДНЕ СТРУЈЕ СИНХРОНИХ ГЕНЕРАТОРА У ЕЛЕКТРАНАМА ЕЛЕКТРОПРИВРЕДЕ СРБИЈЕ СА ГЛЕДИШТА ЗАХТЕВА СИСТЕМА, студија урађена за ЕПС, Институт Никола Тесла, Београд, 2005. год., 188 страна [12] Б. Митраковић, Испитивање синхроних машина, Научна књига Београд, 1985. [13] Б. Митраковић, Машине једносмерне струје, Научна књига Београд, 1985. [14] В. Петровић, Синхроне машине, Научна књига, Београд, 1975. [15] З. Сандић, Електричне машине ( синхроне машине ), ЕТФ Сарајево, Сарајево 1973.