16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/26/7713301.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 05 (26) октябрь 2016 года

Электрическая часть мини-ТЭЦ: параллельная работа асинхронного и синхронного генераторов

Электрическая часть мини-ТЭЦ:  параллельная работа асинхронного и синхронного генераторов

В условиях мини-ТЭЦ с несколькими генераторными агрегатами появляется возможность совместного их использования для обеспечения более надежной работы всей электрической станции и повышения ее маневренности при изменениях нагрузки.

Здесь возможна как традиционная параллельная работа синхронных генераторов (СГ), так и совместная или раздельная работа асинхронно-синхронных генераторных установок (АСГУ). На рассмотрении последних и остановимся подробно.

Вопросы теории и практического применения АСГУ были подробно изучены профессором Н. Д. Торопцевым более сорока лет назад (Г. Н. Алюшин, Н. Д. Торопцев. Асинхронные генераторы повышенной частоты: основы теории и проектирования. – М., 1974; Н. Д. Торопцев. Асинхронные генераторы автономных систем. – М., 1998). В АСГУ асинхронный генератор (АГ) и синхронная машина (СМ) с автоматическим регулятором возбуждения (АРВ) работают параллельно.

В простейшем варианте АГ получает возбуждение от батареи статических конденсаторов (БСК), для применения в составе которой можно рекомендовать современные отечественные высоконадежные пленочные конденсаторы типа К78–17 (Н. Д. Торопцев. Электрические машины сельскохозяйственного назначения. – М., 2005). В качестве СМ может быть использован высоконадежный бесщеточный СГ с электромагнитным возбуждением. Приводы стабильной частоты вращения (ПСЧВ) для АГ и СМ – индивидуальные.

В АСГУ с ПСЧВ реализована идея о возможности совместной работы равномощных АГ с короткозамкнутым ротором (КЗР) и СМ на общую электрическую нагрузку потребителя (ЭНП). АГ возбуждается и получает намагничивающую (емкостную) мощность от СМ и БСК, причем последняя не является функционально необходимой и дает возможность снизить потребную реактивную мощность, вырабатываемую СМ. БСК и СМ также при необходимости обеспечивают реактивной мощностью и ЭНП.

В АСГУ взаимосвязанные частота и напряжение АГ поддерживаются на заданном уровне при изменениях величины и (или) характера ЭНП следующим образом:

• частота – за счет стабилизации сверхсинхронной частоты вращения ротора АГ и скольжения, которое для данного генератора меньше нуля;
• напряжение – за счет стабилизации частоты вращения ротора АГ и эквивалентной комплексной электрической нагрузки (ЭКЭН) последнего, состоящей из БСК, СМ и ЭНП.

В свою очередь, в АСГУ обеспечивается для АГ стабилизация с определенной точностью: частоты вращения ротора – посредством его ПСЧВ; скольжения – за счет стабилизации ЭКЭН АГ и частоты вращения ротора АГ; ЭКЭН – за счет автоматического изменения режимов работы СМ.
В зависимости от величины и (или) характера ЭНП самоустанавливаются независимо один от другого следующие режимы работы СМ:

• по активной мощности – двигательный (когда активная мощность ЭНП меньше активной мощности АГ и избыток последней передается на вал ПСЧВ через СМ), генераторный (при активной мощности ЭНП, превышающей активную мощность АГ, осуществляется параллельная работа АГ вместе с СМ в режиме СГ) и синхронного компенсатора (при активной мощности ЭНП, равной активной мощности АГ, СМ только повышает коэффициент мощности АСГУ);
• по реактивной мощности – недокомпенсации (СМ становится при необходимости источником реактивной мощности, которая больше нуля, для АГ и ЭНП, если для них недостаточно реактивной мощности БСК или БСК в АСГУ отсутствует), перекомпенсации (когда избыточная реактивная мощность БСК или ЭНП передается СМ, т. е. реактивная мощность СМ меньше нуля) и полной компенсации (реактивная мощность СМ равна нулю, т. е. источником реактивной мощности для АГ и при необходимости ЭНП является только БСК).

Главными достоинствами единичной АСГУ являются:

1) возможность параллельной работы АГ и СГ без синхронизации на общую ЭНП. При параллельной работе АГ и СМ в режиме двигателя или компенсатора внешние характеристики (зависимость напряжения от активной мощности ЭНП) всей системы существенно улучшаются и становятся более жесткими, чем у АГ и СМ в отдельности, даже без АРВ СМ;
2) перегрузочная способность АСГУ весьма велика, что снижает вероятность срыва возбуждения АГ при перегрузках;
3) КПД АСГУ, как отмечают в указанных выше работах Г. Н. Алюшин и Н. Д. Торопцев, остается довольно высоким в широком диапазоне изменения ЭНП, в том числе в режиме перегрузок, что объясняется характерным для АСГУ изменением в ней режимов работы СМ по активной мощности.

В целях повышения надежности и маневренности мини-ТЭЦ с АСГУ, целесообразно совместное использование нескольких параллельно работающих АСГУ на общую трехфазную систему шин. Для системы из нескольких АСГУ Г. Н. Алюшиным и Н. Д. Торопцевым установлено, что:

• не требуется синхронизации между АСГУ и генерация электрической энергии возможна как при одинаковых, так и различных частотах вращения роторов электрических машин отдельных АСГУ (в последнем случае АГ, вследствие неравенства скольжений, нагружаются неодинаково, однако исследования показывают, что совместная работа АГ остается устойчивой);
• возникающим перегрузкам системы будут соответствовать меньшие перегрузки СМ, которые являются более сложными по конструкции и дорогими, чем АГ.

Таким образом, стоимость АСГУ ниже, чем для генераторных установок с параллельно работающими только СГ той же установленной мощности, так как в АСГУ часть установленной мощности генераторов приходится на АГ, более конструктивно простые и дешевые, чем СГ той же мощности. Для АГ в этом случае используются серийные асинхронные двигатели (АД) с КЗР.

Важно отметить, что экономический эффект от использования АГ с частотой тока, равной 50 Гц, достигается, в частности, в диапазоне мощностей от 5 до 100 кВт, при частоте вращения ротора – 3000 об / мин (при меньшей частоте вращения снижается коэффициент мощности АГ) и напряжении генератора – до 500 В (при большем напряжении резко повышается стоимость конденсаторов для возбуждения АГ) (В. И. Радин, Д. Э. Брускин, А. Е. Зорохович. Электрические машины. Асинхронные машины: учебник для студентов электромеханических вузов. – М., 1988; О. В. Григораш. Современное состояние и перспективы применения асинхронных генераторов в автономной энергетике// Промышленная энергетика. – 1995. – № 3. – С. 29‑32).

КПД АГ (на базе АД с КЗР и даже при мощностях от 1,5 до 3,3 кВт) и СГ с учетом устройств их возбуждения – примерно одинаковые. Их средние значения лежат в диапазоне от 0,75 до 0,85.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 05 (26) октябрь 2016 года:

    << | < 1
  • 1
  • 2
  • >>