Компаундирование нефти – Что такое Компаундирование нефти? – Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU Выгодные вклады

Компаундирование возбуждения синхронного генератора полным током

Компаундирование возбуждения для регулирования тока ротора бывает двух типов:

– компаундирование полным током,

– фазовое компаундирование.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU Принцип действии компаундирования полным током заключается в том, что 3 фазы вторичных токов генератора, пропорциональных первичному току, проходят через промежуточный трансформатор компаундирования ТПК, выпрямляются и подаются в обмотку возбуждения возбудителя, причем в том же направлении, что и ток самовозбуждения Iс.в. Здесь суммарный ток возбуждения возбудителя

Iовв = Iс.в. Iкомп.

зависит как от положения шунтового реостата ШР, так и от тока Iкомп., изменяющегося с изменением тока нагрузки генератора. За счет дополнительного тока Iкомп. компенсируется значительная часть падения напряжения внутри генератора, вызванного током нагрузки.

Необходимая величина тока Iкомп. обеспечивается выбором значений коэффициента трансформации Ктпк трансформатора компаундирования и положением установочных резисторов Rу.

Внешние характеристики генератора (зависимость Uг = f(Iг)), компаундированного полным током, приведены на Рис. 3.2.5.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

На чертеже: 1 – естественная внешняя характеристика генератора,

2 – ˥

3 – | – внешние характеристики компаундированного генератора для

4 – ˩ разных значений угла нагрузки.

Точка ана чертеже, соответствующая значению Imin- это порог компаундирования. До тока Iг< Iг minток компаундирования в схему возбуждения не поступает, так как выпрямитель компаундирования закрыт. При токах Iг> Iг minвыпрямленное напряжение устройства компаундирования становится больше напряжения обмотки ОВВ (Uвыпр. > UОВВ),выпрямитель компаундирования открывается. С этого момента ток Iкомп. поступает в ОВВ.

Как показывают характеристики компаундированного генератора, зависимость Uг = f(Iг) нелинейная, поскольку ΔUгенератора определяется индуктивными сопротивлениями самого генератора, имеющими нелинейную зависимость от Iг.

Следовательно, компаундирование не может решить главную задачу регулятора возбуждения, – поддержание Uг постоянным при изменениях тока нагрузки.

Кроме того, характеристики компаундированного генератора имеют сильную зависимость от Cosφ нагрузки.

Эту зависимость исправляет, но не полностью фазовое компаундирование.

3.2.3.2. Фазовое компаундирование(Рис. 3.2.6. приложения )

Трансформатор фазового компаундирования ТФК имеет две первичные обмотки, подключенные к одна – к токовым цепям ТТ генератора, другая – к ТН генератора.

ТФК производит геометрическое суммирование МДС токов Iт и Iн от измерительных трансформаторов тока и напряжения:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

МДС вторичной обмотки I2ω2 определяет ток компаундирования, который здесь зависит как от абсолютного значения тока Iгенератора, так и от угла φ нагрузки. Зависимость внешней характеристики от Cosφуменьшается, но полностью не исчезает. Поэтому задача поддержания Uгенератора стабильным при изменении его нагрузки остается, и для её решения устройства компаундирования дополняются автоматическими регуляторами возбуждения, действующими по отклонению напряжения. Поскольку их задача, – исправить недостатки компаундирования, они называются корректорами напряжения.

§

Электромагнитный корректор (ЭМК) – регулятор облегченного типа, поскольку всегда работает в комплекте с компаундированием.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Основными элементами односистемного корректора являются:

– измерительный орган напряжения (ИОН),

– усилитель (силовой орган).

ИОН, измерительный орган напряжения определяет отклонение напряжения генератора от задания, Uг зад.- уставки регулятора.

Усилитель через исполнительный элемент выдает Iкорр. на дополнительную обмотку возбуждения возбудителя ОВВд1. Цепь ввода тока Iвт ≡ Iген в ИОН необходима для создания статизма характеристики регулирования ЭМК.

В качестве силового органа здесь использован магнитный усилитель, у которого силовой источник питания – трансформатор напряжения генератора. На каждом генераторе для питания регулятора устанавливается отдельный ТН, иногда 2 трансформатора. Питание ЭМК от общего ТН генератора недопустимо, поскольку невозможно будет выдержать класс точности трансформатора напряжения, требуемый для остальных вторичных устройств генератора.

В схеме с ЭМК магнитный поток возбуждения возбудителя определяется суммой намагничивающих сил, создаваемых токами:

IС.В. – током самовозбуждения возбудителя

Iкомп. – током устройства компаундирования,

Iкорр. – током корректора.

Зависимость тока корректора от величины и знака отклонения текущего значения отклонения Uг от уставки такова, что поддерживает Uг стабильным при всех его отклонениях в рабочих режимах работы генератора. Кроме того, при небольших снижениях напряжения генератора, когда релейная форсировка ещё не работает, ЭМК совместно с компаундированием обеспечивают небольшое по значению увеличение возбуждения возбудителя. Величина тока Iкорр. в рабочих режимах изменяется в пределах его номинального значения. Но при глубоких посадках напряжения генератора снижается Uтн и ток корректора уменьшается из-за снижения напряжения питания силового элемента. Таким образом, корректор выполняет свои функции регулятора лишь в определенных пределах изменения напряжения генератора.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RUСиловой орган ЭМК состоит из магнитного усилителя (МУ) и выпрямителя.

Магнитный усилитель, – это насыщающийся сердечник с несколькими обмотками, силовыми и управляющими. Силовые обмотки МУ последовательно с дополнительной обмоткой возбуждения возбудителя ОВВд1 подключаются к ТН генератора. Ток корректора определяется сопротивлениями силовых обмоток МУ ZCOи дополнительной обмотки возбуждения RОВВд1:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

В этой формуле Uвтор. ТН в рабочем режиме генератора практически постоянно, сопротивление дополнительной обмотки ОВВд1 также постоянно, так что изменение тока корректора производится изменением сопротивления силовых обмоток магнитного усилителя. Сопротивление ZСО изменяется воздействием измерительного органа на управляющие обмотки ωу.л. и ωу.нл., так называемые обмотки подмагничивания магнитного усилителя.

При появлении тока в обмотках подмагничивания сердечник МУ подмагничивается, индуктивное сопротивление силовых обмоток уменьшается, ток корректора возрастает. Небольшим током в обмотках подмагничивания можно управлять достаточно большими токами в силовых обмотках.

Измерительный орган напряжения.В две обмотки управления МУ подаются выпрямленные токи двух элементов измерительного органа, – линейного с резистором Rв цепи (Iл.) и нелинейного с насыщающимся реактором D(Iн.л.). Направление токов в обмотках управления – встречно друг другу. Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Из характеристик измерительного элемента видно, что выпрямленные токи линейного и нелинейного элементов есть функция напряжения UТН, пропорционального напряжению генератора, одна из них линейная, другая нелинейная. Они создают встречно направленные МДС: Iлэ·ωу л.э. и Iнэ·ωу н.э. Если подобрать характеристики так, что при Uг = Uном эти МДС будут равны, то результирующее воздействие управляющих обмоток будет нулевое, а ток силовых обмоток, а, следовательно, ток Iкорр. строго фиксированным. Это значение Iкорр. является номинальной рабочей точкой характеристики корректора.

При Uг<Uном результирующая МДС управления будет:

Δ (I·ωу) =Iлэ·ωу л.э.- Iнэ·ωу н.э.

По направлению эта МДС совпадает с МДС линейного элемента.

При Uг>Uном результирующая МДС управления совпадает с МДС нелинейного элемента. Таким образом, с изменением Uг результирующая МДС управления изменяет величину и знак.

Если корректор используется как односистемный, его ток выхода включается так, что при Uг<Uном его МДС совпадает с МДС от тока самовозбуждения возбудителя, и рабочей частью характеристики измерительного элемента становится зона Uг≤Uном.

Если же это двухсистемный корректор, то с МДС тока самовозбуждения возбудителя будет совпадать МДС согласно – включенного корректора и будет ему обратна по направлению МДС противо – включенного корректора. Т. е., согласно – включенный корректор берет на себя регулирование при Uг<Uном, а противо – включенный – при Uг>Uном.

§

(Рис 3.2.10. приложения)

Двухсистемный корректор напряжения состоит из двух почти одинаковых отдельных корректоров. Из них согласно – включенный корректор выдает ток на дополнительную обмотку возбуждения ОВд1, а противо – включенный – на дополнительную обмотку ОВд2 возбудителя.

Каждый из МУ корректора имеет, как обычно, по силовой обмотке СО, по две обмотки управления, – ωу.л. и ωу.нл. и, кроме того, здесь добавляется ещё по одной обмотке – обмотке положительной обратной связи (ПОС). В согласно – включенном корректоре с током в силовом органе совпадает направление тока в линейном элементе, а в противо – включенном – направление тока в нелинейном элементе.

При Uг<Uном, т.е. работе согласно – включенного корректора, суммарная МДС возбуждения возбудителя равна:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

следовательно, МДС корректора увеличивает возбуждение и напряжение Uген.

При Uг>Uном, т.е. работе противо – включенного корректора

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

возбуждение генератора уменьшается, а с ним уменьшается Uген.

4_ая обмотка каждого корректора, положительная обратная связь, включена последовательно со своей дополнительной обмоткой возбуждения возбудителя.

При этом в согласно – включенном корректоре её МДС совпадает по направлению с МДС тока в линейном элементе IЛ и при работе согласно – включенного корректора (UГ<Uном) его сердечник подмагничивается суммой МДС:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Обратная связь увеличивает ток корректора, следовательно, действует как положительная.

В это же время в противо – включенном корректоре МДС обратной связи направлена встречно к МДС, создаваемой током IЛ:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Обратная связь снижает ток противо – включенного корректора, действует, как отрицательная.

При работе противо – включенного корректора (UГ>Uном) наоборот,

в согласно – включенном корректоре суммарная МДС равна:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Обратная связь снижает ток корректора, т.е. действует как отрицательная.

На противо – включенном корректоре

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Обратная связь положительна, увеличивает ток выхода корректора.

Согласно – включенный корректор будет увеличивать Iкорр.С. и при повышении напряжения генератора, что противоречит требованиям к его работе. Чтобы исключить это, между нелинейным и линейным элементами корректора включается Вб – блокирующий вентиль. Параметры обмоток ωу.л. и ωу.нл. одинаковы, поэтому при Uг <Uном соотношение напряжений на обмотках Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU , вентиль закрыт.

При Uг>Uном потенциал на ωу.нл. увеличивается, вентиль Вб открывается, уравнивая токи обеих обмоток управления, и снижая воздействие управляющих обмоток до нуля.

Характеристики согласно – включенного, противо – включенного корректора и общая характеристика двухсистемного корректора. – зависимость МДС (ампервитков) выхода от входа, – напряжения генератора, приведены на Рис. 3.2.11.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Результирующее воздействие двухсистемного корректора получается как сумма воздействий двух корректоров. Нулевое воздействие корректора на возбуждение возбудителя будет при Uг=Uном.

Крутизна наклона характеристики двухсистемного корректора определяется положительной обратной связью корректора, – чем больше степень намагничивания МУ от ПОС, тем круче характеристика. Однако, с увеличением крутизны характеристики регулирование напряжения становится менее устойчивым.

Двухсистемный корректор необходим, как правило, только для гидрогенераторов, когда после отключения от сети, особенно со сбросом нагрузки, напряжение на выводах гидрогенератора возрастает за счет повышения частоты агрегата. Для снижения напряжения в этом случае необходимо воздействие противо – включенного корректора.

§

(Рис 3.2.12. приложения)

Устройство компаундирования с корректором выпускалось как единый комплект, – в виде панели регулирования типа ЭПА-305. Предназначалось для турбогенераторов малой и средней мощности.

Компаундирование панели в качестве силового источника и измерительного элемента использует трансформаторы тока генератора. Состоит из промежуточного согласующего трансформатора ТПК, выпрямителя Вк и регулирующего элемента, – установочных реостатов Rу. Ток компаундирования Iкомп. подается в обмотку возбуждения возбудителя в том же направлении, что и ток самовозбуждения Iс.в.

Электромагнитный корректор напряжения (ЭМК), – односистемный, в качестве силового источника использует ТН генератора, включенный с первичной стороны по схеме «треугольник» для увеличения отдаваемой мощности.

Главный элемент корректора, – МУС, магнитный усилитель, представляющий из себя стальной сердечник с обмотками:

– силовой обмоткой ωсил.обм., запитанной от ТН генератора,

– обмоткой управления ωу, здесь это одна обмотка, ток в которой есть результат суммирования токов линейного и нелинейного элементов управления,

– обмоткой обратной связи ωо.с.,

– обмоткой гибкой обратной связи ωг.о.с.

Измерительная часть ЭМКвыполнена на основе насыщающегося трехфазного трансформатора ТИ с малым объёмом стали.

Линейный элемент измерительного органа Rл включен на выходе вторичной обмотки ТИ, нелинейный, Rу.3 – последовательно с первичной обмоткой ТИ. Ток каждого из элементов выпрямляется своим выпрямителем, – В2 и В3 соответственно.

Напряжение на линейном элементе RЛлинейно зависит от напряжения Uг, так как определяется током вторичной обмотки ТИ, имеющим линейную зависимость от Uг, и нагрузкой вторичной обмотки RЛ:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RUКомпаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RUКомпаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Напряжение на нелинейном элементе Rу3 определяется током первичной обмотке ТИ:

I1 = I2´ Iнам,

здесь I2´ – вторичный ток, приведенный к первичному напряжению ТИ,

Iнам – ток намагничивания насыщающегося трансформатора ТИ, нелинейно зависящий от Uг, так что ток I1 имеет нелинейную зависимость от Uг.

Таким образом, в схеме сравнения напряжений измерительного органа напряжение Uо.л на резисторе RЛ пропорционально напряжению генератора (линейный элемент), а напряжение Uо.нл на резисторе Rу.3 зависит от Uг нелинейно (нелинейный элемент).

Характеристика измерительного органа корректора аналогична характеристике корректора с двумя управляющими обмотками.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Ток в обмотке управления МУС определяется разностью напряжений Uо.л и Uо.нл., которые включены встречно. Если при UГ=Uном напряжения линейного и нелинейного элементов установить одинаковыми, то разность напряжений будет равна нулю. Нулевым будет в этом случае управляющее воздействие измерительного элемента, и

по силовым обмоткам МУ будет проходить минимальный ток корректора.

При UГ<Uном возникнет разность Uо.л – Uо.нл, под действием которой растет ток линейного элемента в управляющей обмотке МУС, и из-за уменьшения индуктивного сопротивления сердечника МУС возрастает ток в силовых обмотках. МДС от тока корректора совпадает по направлению с МДС самовозбуждения возбудителя, и корректор, поднимая возбуждение, стремится восстановить UГравным Uном.

Если же UГ>Uном, преобладает ток нелинейного элемента.

Регулировочные сопротивления Rу3 и Rу2 схемы сравнения нужны для смещения характеристики МУС в область требуемых значений.

Обратная связь, обмотка ωО.С., обтекаемая током корректора, обеспечивает ту же характеристику корректора, которую имеет двухсистемный корректор, действующий при UГ<Uном, т.е. корректор работает, как согласно – включенный.

Чтобы устранить подъём характеристики корректора при UГ>Uном, выполняется компенсация тока силовых обмоток МУС током во встречно – включенной обмотке трансформатора ТК (трансформатор компенсирующий), в цепь которой включен насыщающийся реактор Dн. Характеристика насыщения Dн нелинейная, и примерно повторяет характеристику тока силового органа МУС, начиная с Uном в сторону увеличения (реактор начинает насыщаться при напряжениях, выше Uном генератора). Ток реактора в компенсирующей обмотке ТК включен встречно току в обмотке, подключенной к ωсил.обм., поэтому при UГ>Uном ток на выходе корректора останется минимальным.

Ещё одна обратная связь, – гибкая обратная связь, обмотка ωГ.О.С. , выполнена на ТС, – стабилизирующем трансформаторе и добавочном резисторе Rдоб. Гибкая обратная связь (ГОС) нужна для повышения устойчивости регулирования тока возбуждения при резких изменениях UГ. Вход ГОС включен на полное Uвозб. возбудителя. Трансформатор ТС дифференцирует ток первичной обмотки, определяемый Uвозб. и сопротивлением Rдоб. В установившемся режиме Uвозб. = const, и по первичной обмотке ТС течет постоянный ток. ЭДС вторичной обмотки трансформатора равна нулю, трансформации не происходит и тока в обмотке ГОС нет. В переходом режиме регулирования возбуждения Uвозб. меняется, меняется ток в первичной обмотке ТС и создает ЭДС в его вторичной обмотке. В обмотке ГОС появляется ток, который в сердечнике МУС создает МДС, направленую встречно к МДС обмотки управления. Результирующая управляющая МДС изменится в направлении, снижающем перерегулирование. Однако, это приводит к замедлению восстановления UГв ходе регулирования, и, следовательно, снижению быстродействия регулятора.

Характеристика корректора, – зависимость Iвых. корр.=f(Uген.), аналогична характеристике корректора с двумя обмотками управления.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU Значение Iкорр. = 0,3 Iкорр. ном. – это фиксированная точка регулирования при токе управления, равном нулю.

Ток корректора Iуст. – точка настройки характеристики регулятора при UГ=Uном.

Уставка напряжения, поддерживаемая регулятором, задается установочным автотрансформатором УАТ. Изменение уставки производится вручную или приводом с дистанционным управлением. Пределы изменения напряжения уставки

регулятора – ± (10 ÷ 15)% от Uном.

Устройство изменения статизма характеристики регулирования представлено сопротивлением Rст и трансформатором статизма ТПст. Rст – сопротивление статизма, напряжение на нем пропорционально току генератора, это напряжение подано на первичную обмотку трансформатора ТПст. Вторичная обмотка ТПст включается последовательно с обмотками измерительного трансформатора ТИ, согласно с основным напряжением или встречно ему. Тем самым в измерительную часть корректора прибавляется (или вычитается) напряжение, пропорциональное току генератора.

§

В режиме параллельной работы синхронных генераторов регуляторы напряжения кроме основной задачи, – поддержание заданной уставки напряжения на выводах генератора, должны для поддержания стабильной работы генераторов станции обеспечивать постоянство заданного соотношения в распределении реактивной нагрузки между ними. Эта задача решается за счет использования соответствующих характеристик регулирования регуляторов напряжения.

Характеристика регулирования – это зависимость регулируемой величины от возмущающего воздействия. Для регуляторов напряжения синхронных генераторов это зависимость Uген от реактивного тока нагрузки, она может быть двух видов: статическая или астатическая.

Для генераторов, работающих на общие шины генераторного напряжения и работающих в блоке генератор – трансформатор характеристики регулирования различны.

1. Генераторы работают в блоке генератор – трансформатор на общие шины высокого напряжения станции.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Согласно схеме напряжения на выводах генераторов равны:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Преобразуем формулу:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Если генераторы оснащены АРВ с астатическими характеристиками, то напряжение генераторов поддерживается постоянным, равным напряжению уставки регулятора, и с увеличением реактивного тока генераторов IГ.Р.1 и IГ.Р.2 Uшин будет снижаться.

На основании предыдущих формул запишем равенство

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RUКомпаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

При равных уставках регуляторов генераторов UГ.1= UГ.2

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Из графика изменения напряжения шин в зависимости от реактивной нагрузки станции (Рис. 3.2.16.) видно, что с изменением реактивного тока при астатическом регулировании распределение реактивной нагрузки между генераторами остается постоянным, причем, если XТ1≠ XТ2, то Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Но напряжение U шин с изменением суммарной реактивной нагрузки станции изменяется, т.е. регулятор с астатической характеристикой регулирования не может выполнять свою основную задачу, – поддержание постоянным напряжения шин ВН при переменной нагрузке.

Для поддержания Uшин= constрегуляторы дополняют устройствоми статизма, называемые токоваякомпенсация, которые с ростом реактивной нагрузки увеличивают Uген, тем самым компенсируют потерю напряжения ΔUшин в трансформаторах блока.

2. Генераторы работают на общие шины генераторного напряжения. Из формулы Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

следует, что при XТ1= XТ2= 0 распределение реактивного тока между генераторами, имеющими астатическую характеристику регулирования, неопределенно, и, следовательно, нестабильно.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU Для фиксированного распределения тока между работающими генераторами нужны статические характеристики регуляторов напряжения, причем в отличие от предыдущего, статизм должен иметь спадающий характер, называемый токовая стабилизация.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Регуляторы генераторов имеют разный статизм:

Кстат.1 = tgα1 – 1_ый генератор,

Кстат.2 = tgα2 – 2_ый генератор.

Для двух разных режимов работы, отличающихся реактивной нагрузкой станции, различными будут напряжения шин генераторного напряжения.

В первом режиме напряжение шин Uш´ будет при реактивных токах генераторов I´г.р.2 и I´г.р.1 соответственно. Во втором режиме напряжение шин при реактивных токах генераторов I´´г.р.2 и I´´г.р.1 изменится до значения Uш´´. Значение изменения напряжения шин ΔUопределится из заштрихованных треугольников на диаграмме:

ΔU= ΔIг.р.2· tgα2

ΔU= ΔIг.р.1· tgα1

Приравняем правые части выражений ΔIг.р.1· tgα1= ΔIг.р.2· tgα2,

отсюда

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU т. е. токи распределятся определенным образом, обратно пропорционально Кстат. генераторов. Если статизм генераторов одинаковый, токи делятся поровну. Как следует из предыдущего, для определенности распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами, их АРВ должны иметь статическую характеристику регулирования. Для этого регуляторы дополняют устройствами токовой стабилизации.

Задачу поддержания постоянным напряжения шин решают уже не регуляторы напряжения, а другие устройства автоматики, – групповые устройства автоматического регулирования напряжения станции.

3.2.3.7. Схема устройства компаундирования с односистемным электромагнитным корректором напряжения (панель ЭПА-305).Продолжение.

(Рис 3.2.12. приложения)

В панели ЭПА-305 устройство изменения статизма – это сопротивления Rст и промежуточный трансформатор статизма ТПст. Вторичная обмотка трансформатора включается последовательно с обмотками трансформатора ТИ, причем имеется возможность включать её согласно с током от ТН генератора или встречно этому току.

В случае согласного включения это будет токовая стабилизация, используемая для создания статизма генераторов, работающих на сборные шины генераторного напряжения. Тогда на вход регулятора подается

Ůрег. =Ůг.втор. İг.р.втор.·Rстаб.

Отсюда

Ůг.втор. = Ůрег. – İг.р.втор.·Rстаб.

Uрег. поддерживается АРВ постоянным, пропорциональным Uг.ном, следовательно, в первичных величинах получим:

Ůг = Ктн· Ůрег – İг.р.·R’стаб. = Ůг.ном – İг.р.·R’стаб., а это и есть спадающая статическая характеристика регулирования (здесь R’стаб – приведенное значение сопротивления стабилизации).

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Для генераторов, работающих в блоке с трансформатором, нужна токовая компенсация, и выходы ТПст в схему подключаются встречно обмоткам трансформатора ТИ.

Напряжение Uг в этом случае изменяется по формуле, обратной предыдущей:

Ůг = Ůг.ном İг.р.·R’комп.

т.е., Uг растет с ростом Iг.р., чем компенсируется потеря напряжения ΔUв трансформаторе блока, и напряжение UШИН поддерживается постоянным. Характеристика регулятора с токовой компенсацией – растущая статическая характеристика регулирования.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

§

Источником мощности при параллельном самовозбуждении является трансформатор возбуждения ТВ, включенный на главные вывода генератора. Следовательно, напряжение высокой стороны трансформатора возбуждения всегда равно генераторному напряжению, а напряжение стороны низкого напряжения ТВ определяется параметрами системы возбуждения и её схемой. Как и при независимом возбуждении, система ТВ дополнена схемой начального возбуждения, но здесь начальное возбуждение начинается с главного генератора.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

При параллельном самовозбуждении генератора напряжение возбуждения зависит от напряжения самого генератора Uген. В нормальном режиме работы генератора это напряжение, близкое к номинальному, изменяется незначительно, и возбуждение генератора ведет себя, как независимое. В переходных режимах, особенно при трехфазном КЗ вблизи главных выводов генератора, когда напряжение на выводах снижается до нуля, ток возбуждения, а, следовательно, ЭДС генератора и ток короткого замыкания через время Δtзатухают. В таких режимах не поддерживается ток КЗ, необходимый для срабатывания защит генератора и смежных элементов, и не обеспечивается форсировка тока возбуждения.

Особенно неблагоприятные условия будут для срабатывания защит одиночно работающего генератора. Но и для параллельно работающих генераторов токи КЗ будут отличны от токов генераторов с независимым возбуждением.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Это потребовало разработки особых требований к составу защит генератора и защит смежных элементов для генераторов с параллельным самовозбуждением.

По данным разработчиков систем ТВ параллельного самовозбуждения изменения тока трехфазного КЗ генератора имеют следующий вид (токи определены для одиночно работающего гидрогенератора с параллельным самовозбуждением для разных значений Хвнешн):

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Ток 3_х фазного КЗ непосредственно на выводах генератора (Хвнешн. = 0) через ~ 1 сек уменьшается наполовину, и затухает до нуля за время ~ 6 сек.

По мере удаления места КЗ от выводов генератора, крутизна спадания тока во времени уменьшается, а при Xвнешн. =Xd‘ ток изменяться будет. При КЗ за внешним сопротивлением, большим, чем Xd’, ток короткого замыкания действием форсировки увеличивается во времени.

Независимо от этих особенностей, защиты генератора с параллельным самовозбуждением должны выполнить 2 свои главные задачи:

– быстрое отключение повреждения в генераторе, на его выводах и в трансформаторе блока, отключение со временем t=0.

– резервирование защит смежных элементов, когда должно быть выдержано требование к селективности защит по времени, а, следовательно, время их действия будет больше нуля.

Первая задача совпадает с требования к основным защитам генератора, и она безусловно выполняется, поскольку за время отключения мгновенно действующими защитами

(tоткл=0,08÷0,1 сек) уменьшение тока КЗ невелико (Рис.3.3.1.4.). Но резервные защиты, установленные на генераторе, резервировать КЗ в зоне действия основных защит не смогут из-за большого времени действия. Поэтому на таких генераторах возрастает требование к надежности действия основных защит, и они должны устанавливаться в дублированном варианте.

Все смежные присоединения, для которых Xвнешн. < Xd‘, так же должны иметь в качестве основных быстродействующие защиты, отключающие КЗ со временем t=0, и тоже в количестве не менее двух.

Резервирование защит смежных элементов необходимо выполнять с учетом затухания тока КЗ во времени, поэтому необходимо:

– использовать защиты, действие которых продолжается при меньших токах КЗ (напр., в случае использования дистанционной защиты вместо МТЗ ОП с приставкой от 3_х фазных замыканий),

– устанавливать дополнительные ступени резервирующих защит с малым временем действия, и др.

Все остальные виды КЗ на генераторе и в прилегающей сети обеспечивают полноценное возбуждение генератора.

§

Тиристор – управляемый диод, имеющий кроме двух основных входов вход управления.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Включение тиристора происходит при положительном знаке на аноде после подачи на управляющий электрод напряжения положительного знака. Выключение – снижением анодного напряжения или изменением его полярности на короткое время.

Обычный диод в схеме выпрямления открывается при положительном напряжении анода, поэтому напряжение на нагрузке URнгр повторяет кривую изменения положительных полуволн Uвх. В такой схеме при неизменном значении Uвх выпрямленные напряжение и ток нагрузки будут неизменными.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

В схемах выпрямления с тиристором можно изменять угол открытия тиристора, благодаря чему получать разные кривые URнгр при постоянном Uвх, а, следовательно, разные значения выпрямленного тока. Это является основой получения и регулирования постоянного тока в схемах тиристорного возбуждения.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Форма выпрямленного тока в схемах с тиристорами определятся характером нагрузки тиристорных преобразователей, т.е. параметрами ротора генератора.

Активно – индуктивное сопротивление ротора имеет примерное соотношение

XL = 1000R, т.е.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Следовательно, выпрямленный ток имеет постоянную и переменную составляющую. Используя метод наложения, определим ток ротора от каждой составляющей выпрямленного напряжения.

В схеме переменного напряжения ток равен:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

В схеме постоянного напряжения ток:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RUКомпаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Соотношение токов будет составлять

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Даже, если постоянная составляющая переменного напряжения будет равна

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

значение постоянного тока будет в 100 раз больше тока переменного.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

следовательно,

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

При любой сильно искаженной форме выпрямленного напряжения выпрямленный ток будет отличаться от постоянного очень незначительно.

§

(Рис. 3.3.2.7., Рис. 3.3.2.8. и Рис. 3.3.2.9. приложения)

Во всех современных системах тиристорного возбуждения используется трехфазная мостовая схема выпрямления с управляемыми вентилями, тиристорами, Для понимания принципов работы преобразователей в ТВ, способов подачи тока возбуждения, регулирования тока и гашения поля генератора рассмотрим 3 режима работы преобразователей.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Термины системы управления открытием тиристорных преобразователей:

1. Угол естественного отпирания вентиля, – соответственно точки c1, c3, c5 для катодной группы и точки f4, f6, f2 – для анодной.

2. αрег – угол регулирования (угол открытия), для каждого вентиля отсчитывается от его угла естественного отпирания.

3. Длительность (ширина) отпирающего импульса, отсчитывается от его подачи до снятия, принимается в пределах 90° ÷ 120°.

4. Точки a1, a3, a5 – момент подачи управляющего импульса на вентили 1, 3, 5.

5. Точки b4, b6, b2 – момент подачи управляющего импульса на вентили 4, 6, 2.

Режимы работы ТП

Режим 1. (Рис. 3.3.2.7. приложения. Трехфазная мостовая схема ТП, αрег=90÷120. Режим Uрот= 0, Iрот=0).

Угол управления αрег = 90° ÷ 120° Режим Iрот. = 0.

В точке а1 открывается вентиль 1, с ним должен работать вентиль анодной группы 2, но он не открыт до точки b2. Открыт вентиль 6, который открылся в т. b6 и будет открыт в продолжении 120° с момента открытия. Выпрямленное напряжение в начальный момент U= Ua1-d, далее это напряжение уменьшается и становится равным нулю в точке с3. Выпрямленный ток стал бы тоже равным нулю, если бы нагрузка преобразователя была активной. Но поскольку ротор представляет собой большую индуктивность, начинается процесс инвертирования и ток продолжается за точкой с3 до точки e, пока не израсходуется энергия, запасенная в роторе.

Далее в точке b2 открывается вентиль 2 и все ещё открытый вентиль 1 работает с ним. Процесс происходит аналогично предыдущему, сначала выпрямление, потом после точки f4 – инвертирование.

Характер выпрямленного напряжения Uвыпр. пилообразный, с площадками U= 0.

Так как положительная и отрицательная составляющие Uвыпр. одинаковы, результирующее выпрямленное напряжение будет равно нулю, и ток ротора тоже равен нулю.

Читайте также:  Собственные источники финансирования - что это и какие относятся

Т.е. при углах управления αрег = 90° ÷ 120° ток ротора Iрот. = 0.

Режим 2. (Рис. 3.3.2.8. приложения. Трехфазная мостовая схема ТП, αрег<90. Рабочий режим).

Угол управления α = αрег < 90°. Нормальный нагрузочный режим генератора.

Вентиль 1 открывается в точке a1 и работает с вентилем 6, открытым в точке b6. Начальное выпрямленное напряжение, равное Ua1-d, к точке с3 уменьшается до нуля, но ток после прохождения точки с3 продолжается, теперь это ток режима инвертирования. Ещё до полного разряда энергии, запасенной в роторе, в точке b2 открывается вентиль 2 и вентиль 1 начинает работать с ним в режиме выпрямления. Начальное напряжение здесь будет равно Ug-b2. Со временем напряжение уменьшается до нуля в точке f4, после которой вновь начинается процесс инвертирования, продолжающийся до включения вентиля 3 в точке а3. Снова начинается выпрямление теперь между 3 и 2 вентилями и далее всё повторяется, – выпрямление, инвертирование и т. д .

Выпрямленное напряжение представляет пилу положительных и отрицательных напряжений, смещенную в область положительных напряжений. Среднее значение выпрямленного напряжения положительное. Чем меньше угол α рег, тем больше положительная составляющая выпрямленного напряжения, а, следовательно, больше напряжение и ток ротора. Изменение величины тока ротора в схемах ТВ производится изменением угла регулирования, угла открытия вентилей тиристорных преобразователей.

Действительное напряжение Uвыпр. имеет более сложную форму, изрезано еще больше за счет так называемых углов коммутации, углов, в течение которых происходит переход с одного вентиля на другой. Величина этих углов ɣ составляет 6° ÷ 12°.

Однако, несмотря на это, ток ротора будет строго постоянный.

Режим 3. (Рис. 3.3.2.9. приложения. Трехфазная мостовая схема ТП, αрег=135. Режим инвертирования).

Угол управления α = 135° ÷ 150°. Гашение поля генератора, режим инвертирования.

Инверторный режим создается установкой углов регулирования > 120° вплоть до 180°.

Для надежности режима, с некоторым запасом угол инвертирования принимают равным 135° ÷ 150°.

Инверторный режим начинается после нормального режима работы генератора или после режима форсировки возбуждения и продолжается до тех пор, пока продолжается ток ротора, пока ток поддерживается энергией, запасенной в мощной индуктивности ротора. В этом режиме вентили работают так, что катодная группа проводит ток при отрицательных анодах, а анодная – при положительных катодах.

Гашение поля производится всегда одной группой вентилей. В первый момент ток инвертирования равен току предшествующего режима, затем со временем он уменьшается. На диаграмме напряжений точки a1, a3, a5 – моменты подачи управляющих импульсов на вентили катодной группы, а точки b6, b2, b4 – на вентили анодной. В точке a1 вступает в работу вентиль 1, он работает с вентилем 6, начальное напряжение при этом отрицательное Ua1-d1, режим инверторный, он продолжается до открытия вентиля 2 в точке b2. Теперь работают вентили 1 и 2, и снова напряжение Uq2-b2отрицательное, режим инверторный, продолжается до открытия вентиля 3 в точке a3. Начальное напряжение Ua3-d3 – отрицательное. Общее выпрямленное напряжение – отрицательное.

После того, как израсходуется вся энергия ротора, напряжение Uрот = 0, ток ротора. = 0,

С вентилей снимаются управляющие импульсы, преобразователь закрыт.

Таким образом, изменяя угол управления тиристорами преобразователя в ТВ изменяют ток Iрот. в нормальном режиме, создают режим форсировки возбуждения, гасят поле генератора переводом ТП в инверторный режим и «отключают» ток ротора.

§

Каждый из вентилей катодной группы и вентилей анодной группы называется «плечо» и состоит из нескольких соединенных параллельно ветвей. Ветвь может состоять из одного или нескольких последовательно включенных тиристоров.

Количество параллельных ветвей в одном плече определяется максимальным током, который должен пропустить вентиль при принятом в данной системе ТВ способе охлаждения тиристоров. Так, для одногрупповой системы ТВ с одним преобразователем и воздушым охлаждением максимальный ток – это ток форсировки возбуждения 2Iрот.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Рис. 3.3.2.10. Схема включения тиристоров в тиристорных преобразователях

Количество параллельных ветвейmв одном плече для таких систем ТВ определится по формуле:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Здесь

k– коэффициент, учитывающий неравенство токов в ветвях, принимается равным 1,1,

Iтир доп – допустимое значение среднего тока тиристора для принятой системы охлаждения, паспортная величина.

Количество тиристоров nв одной ветви, соединенных последовательно, зависит от соотношения Uрот maxи Uтир обр. Цепь из последовательно включенных тиристоров должна выдержать напряжение ротора в максимальном режиме.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Здесь

к1 – коэффициент запаса, принимается равным 1,5,

Uтир обр – обратное напряжение, паспортная величина тиристора,

Uрот max– максимальное напряжение ротора, определяется кратностью

форсировки возбуждения по напряжению.

Для тиристоров последнего поколения, имеющим параметры, сопоставимые с параметрами схем возбуждения генераторов, количество тиристоров n, включаемых последовательно, обычно равно 1, а число параллельных ветвей, как правило, принимается равным 2.

В схемах ТП параллельно ветвям преобразователя включаются шунтирующие сопротивления R1÷R6, величиной несколько десятков килоОм, предназначенные для выравнивания напряжения между противофазными плечами при запирании преобразователей встречным напряжением.

§

(Рис. 3.3.2.11. приложения)

Преобразователь собран из унифицированных тиристорных блоков, которые при закреплении в шкафу преобразователя одновременно включаются в силовую схему

ТП и в схему управления тиристорами.

На изолированной плате тиристорного блока укреплены тиристор VS на радиаторе охлаждения, его предохранитель F с указателем срабатывания и вспомогательным контактом, блок делителя тока ИД и блок БВТ, – выходного трансформатора схемы управления тиристорными преобразователями. Связи тиристорного блока с внешними устройствами управления подключаются через втычной разъем, размещенный на изолированной плате шкафа возбуждения.

Блок БВТ служит для передачи на тиристор управляющего сигнала, поступившего из системы управления ТП. Этот сигнал и есть реализация заданного угла регулирования, определяющего величину Iротора генератора.

Демпфирующая RC-цепь, включенная параллельно тиристору, размещается вне блока БВТ и служит для защиты тиристора от коммутационных перенапряжений в переходных режимах (R=~50 Ом, С=~0,1мкФ).

Индукционный делитель тока, общий для одного плеча, служит для выравнивания тока между включенными параллельно ветвями плеча. Вторичные обмотки трансформаторов Т индукционного делителя одного плеча соединены последовательно и закольцованы. Ток в последовательном контуре ИД равен среднеарифметическому току всех ветвей плеча. Этот ток, проходя по вторичным обмоткам трансформаторов Т, стремится уменьшить разбаланс токов в первичных обмотках трансформаторов, а, следовательно, во всех ветвях плеча. Диод VD4 в схеме ИД убирает постоянную составляющую в токе намагничивания трансформаторов Т, а конденсатор С облегчает условия работы его магнитопровода. Симистор VD1 с зависимым управлением включается при перегорании предохранителя Fзащиты тиристора плеча, когда цепь первичной обмотки трансформатора обрывается, и на вторичной обмотке трансформатора Т возникает перенапряжение, достаточное для пробоя стабилитронов VD2, VD3 и включения симистора. Открытый симистор замыкает вторичную обмотку трансформатора Т ветви с обрывом на резисторы R1, R2, в результате чего схема ИД этого плеча сохранит работоспособность, и элементы делителя будут защищены от перенапряжениия. Замена неисправного блока тиристора производится в рабочем режиме генератора, без его отключения.

Вспомогательный контакт предохранителя Fзадействован в схеме сигнализации; при перегорании предохранителя контакт сработает, и сигнал вызовет оперативный персонал к шкафу преобразователя, а механический указатель срабатывания предохранителя и светодиод ELукажут неисправный тиристор.

§

самовозбуждения. Схема возбудителя. Возбуждение генератора(начало).

(Рис. 3.3.3.1. приложения)

Источником мощности системы возбуждения в рассматриваемой схеме является трансформатор возбуждения TEвключенный глухо, без коммутационных аппаратов, на главные выводы генератора.

Выпрямительная часть схемы состоит из 2_х одинаковых тиристорных преобразователей 1UZи 2UZ, каждый из которых обеспечивает все режимы работы генератора, исключая форсировку возбуждения.

Преобразователи имеют разъединители как со стороны входа, так и со стороны выпрямленного напряжения. Это позволяет вывести один из ТП на работающем генераторе либо для мелкого ремонта либо с целью дождаться момента, когда генератор можно вывести из работы.

Каждому преобразователю придана своя система система управления тиристорами, СУТ, которая подготавливает, распределяет и передает импульсы управления на все тиристоры преобразователя.

В этой схеме ТВ используется выключатель тока ротора на стороне выпрямленного

напряжения, QAE. Гашение поля производится в нормальном режиме переводом преобразователей в инверторный режим, и только в аварийных случаях, при действии защит генератора или его возбудителя гашение производится совместным действием инверторного режима и отключением QAE.

Назначение элементов схемы:

FV- защитного разрядника,

Rcc– шунтирующего сопротивления,

KM- шунтирующего контактора,

аналогично таким же устройствам схемы с электромашинным возбуждением.

Чтобы не допустить обрыва цепи ротора в случае случайного или самопроизвольного отключения QAE, автомат гашения поля сблокирован с шунтирующим контактором КМ так, что отключение автомата обязательно вызовет включение КМ, и ротор будет замкнут на шунтирующее сопротивление Rcc.

Трансформатор собственных нужд возбуждения ТСНВ используется для питания систем управления преобразователей 1UZи 2UZ. Кроме того, с шин собственных нужд возбуждения питаются некоторые защиты системы возбуждения, преобразователи схемы измерения ТВ и, в случае необходимости, устройства схемы охлаждения тиристоров.

Ток начального возбуждения непосредственно в обмотку ротора генератора может быть подан от одного из двух источников начального возбуждения:

– от общестанционных СН 0,4кВ через выпрямитель и контактор начального

возбуждения КНЕ; резистор Rнв в цепи выпрямленного тока служит для

ограничения тока начального возбуждения,

– непосредственно от аккумуляторной батареи через отдельный автомат на щите

постоянного тока.

В схеме с целью резервирования устройств регулирования напряжения установлены 2 регулятора напряжения:

АРВ-СД – регулятор напряжения сильного действия, основной,

АРВ-Р – резервный регулятор напряжения.

Управление возбуждением производится с пульт-панели управления генератора переключателем с возвратом, который имеет 3 положения «возбуждение – нейтральное – гашение поля».

Перед подачей импульса на возбуждение генератора должен быть включен автомат гашения поля QAE.

Возбуждениегенератора начинается с подачи дежурным импульса на возбуждение. Схема управления возбуждением по этому импульсу переводит преобразователи в диодный режим, т.е. открывает тиристоры полностью и схема преобразователей работает, как выпрямительная мостовая с неуправляемыми диодами. Начиная с небольшого тока ротора, равного Iнач. возб., возникает и далее нарастает Uстат. генератора, который вызывает увеличение Uвходапреобразователей, а, следовательно, увеличение их тока, который складывается с начальным током возбуждения увеличит ток ротора, что увеличит Uстат. и так, постепенно генератор возбуждается. При 0,5Uном генератора автоматика управления возбуждением отключает контактор начального возбуждения КНЕ. Затем, при достижении Uг = 0,8 Uном, в работу вступает регулятор напряжения генератора, который подает на тиристоры управляющие импульсы, поддерживая заданную уставку напряжения, равную Uном. Возбуждение генератора закончено.

§

Ячейки управления У1 ÷ У6

Каждая из ячеек управления включает в себя устройство фазосмещения (Рис.3.3.3.3. приложения) и формирователь длительности управляющего импульса. Выход ячейки У подключается к выходному усилителю мощности ВУ своего плеча.

Фазосмещение каждой ячейки выполнено по вертикальному принципу, когда сравнивается переменное синхронизирующее напряжение синусоидальной формы (опорное напряжение) с напряжением управления и фиксируется момент их равенства.

Устройство фазосмещения выполнено на микросхемах D4.1, D4.2, D5.1, D5.2 с логикой «И-НЕ».

Сложение токов, созданных опорными напряжениями и напряжениями управления, производится на компараторах, выполненных с использованием операционных усилителей D1, D2, D3.

На инвертирующий вход компаратора D1 подано:

– напряжение управления от регулятора АРВ-СД,

– напряжение управления от резервного регулятора АРВ-Р,

– напряжение выбора рабочей точки от ячейки НС блока БУ,

– опорное синусоидальное напряжение от БСН, опережающее на 90° коммутирующее

напряжение тиристоров «своего» плеча.

На инвертирующий вход компаратора D2 подано:

– 2 опорных синусоидальных напряжения от БСН, которые при сложении образуют

напряжение, совпадающее со своим коммутирующим напряжением.

На инвертирующий вход компаратора D3 подано:

– опорное напряжения от БСН, опережающее на 30° своё коммутирующее

напряжение.

Суммарное напряжение управления компараторов есть алгебраическая сумма всех напряжений, поступающих на вход, относительно общего нуля, т.е. переключение компаратора происходит, когда напряжение его инвертирующего входа

переходит через «0».

Режимы работы блока БУ

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

1. На компараторе D1 суммарное напряжение управления UуΣ (сумма напряжений входов от АРВ-СД, от резервного регулятора АРВ-Р и от ячейки НС) меньше амплитуды опорного напряжения Uоп и отрицательное по знаку.

Управляющий импульс формируется в момент t1, когда сумма напряжений инвертирующего входа D1 становится отрицательной, и на выходе D1 возникает ( ) , т.е. логическая «1». На выходе компаратора D2 – (–), логический «0», который инвертируется микросхемой D5.1. На входах микросхемы D4.1 в момент времени t1 возникают две «1», на выходе «0», и на выходе микросхемы D4.2 – «1». Этот сигнал далее поступает в схему формирования длительности управляющего импульса, выполненную по схеме одновибратора, в котором длительность импульса определяется временем заряда конденсатора и устанавливается 90°÷120° в угловых единицах. Затем сигнал поступает в схему выходного усилителя мощности ВУ своего плеча в виде сигнала «1», разрешающего выдачу управляющих импульсов на тиристоры плеча.

2. Суммарное напряжение управления UуΣ =0.

Управляющий сигнал формируется в момент t01 – момент перехода напряжения компаратора D1 от « » к «-». Это начальный угол регулирования – 90°.

3. На компараторе D1 суммарное напряжение управления UуΣ отрицательное и по величине больше амплитуды опорного напряжения Uоп.

На выходе D1 будет постоянно знак «1». Управляющий импульс теперь определяется компаратором D2 в момент перехода его напряжения входа от отрицательного значения к положительному. Это происходит в момент времени t=0, соответствующий углу α=0°. Это и есть минимальный угол регулирования. т.е. диодный режим, необходимый при начальном возбуждении.

4. Напряжение управления UуΣ положительное и по величине больше амплитуды опорного напряжения Uоп на компараторе D1.

На выходе D1 возникает и постоянно удерживается знак «0», на выходе микросхемы D4.1 – логическая «1» и компаратор D2 изменить этот сигнал не может. Фаза управляющего импульса определяется компаратором D3. В момент t2, когда Uоп D3 переходит от « » к «-», на выходе D3 возникает « », логическая «1», которая инвертируется микросхемой D5.2. На выходе микросхемы D4.2 – «1», которая снова запускает схему формирования импульса. Момент t2 соответствует 150° – это максимальный угол регулирования, собственно режим инвертирования.

Таким образом, компаратор D1 обеспечивает регулирование в рабочем диапазоне изменением угла управляющих импульсов, начиная с начального угла α регул = 90°.

Компаратор D2 ограничивает диапазон регулирования в сторону уменьшения углов, задавая α min= 0°, а D3 ограничивает в сторону увеличения, задавая α max = 150°.

В схему фазосмещения каждой ячейки «У» поступают дополнительные сигналы от ячейки «НС» блока БУ:

– сигнал «0» на выход компаратора D1, по которому устанавливается α max = 150° режима инвертирования,

– для съёма управляющих импульсов с тиристоров посылается блокирующий знак «0» на вход выходного усилителя мощности ячейки «У».

Выходной усилитель мощности ВУ

По сигналу логической «1», поступающему с выхода ячейки управления «У», запускается задающий генератор усилителя с собственной частотой 40 кГц, которая делится пополам. Далее этими сигналами f= 20 кГц управляются 2 одинаковых плеча транзисторного усилителя мощности, к выходу которых подключены первичные обмотки трансформаторов блоков выходных трансформаторов БВТ. Входы блоков БВТ всех тиристоров одного плеча соединены параллельно.

Ячейка напряжения смещения НС

Ячейка НС блока БУ служит для формирования команд, поступающих в ячейки управления блока.

Входы ячейки НС:

– напряжение выхода регулятора АРВ-СД,

– напряжение выхода резервного регулятора,

– команда от релейной схемы управления возбуждением на гашение поля,

– команда от релейной схемы управления на снятие управляющих имульсов,

– другие команды.

Выходы ячейки НС:

– напряжение смещения, устанавливающее угол регулирования при отключенных

регуляторах напряжения, так называемая «фиксированная точка»,

– команда на инверторный режим,

– команда на снятие управляющих импульсов,

– другие команды.

§

Способ регулирования тока ротора при ТВ позволяет генератору работать в режиме потребления реактивной энергии. Этот режим становится возможным в связи с генерированием реактивной мощности длинными линиями электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения. В режиме потребления реактивной энергии происходит снижение возбуждения генератора и, как следствие, недопустимый нагрев генератора и снижение статической устойчивости электропередачи. Отсюда вытекает требование к установке на генераторах с ТВ ограничителя минимального тока возбуждения.

Ток возбуждения генератора в режиме потребления реактивной мощности снижается до величин, меньших тока холостого хода Iрот. хх.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Из приведенных на Рис. 3.3.3.7. векторных диаграмм двух режимов генератора, режима выдачи активной и реактивной мощности (а) и режима выдачи активной и потребления реактивной мощности (б) можно сравнить параметры генератора в этих режимах.

Режим (а) P, Q Режим (б) P, -Q

ЭДС генератора – Ed1 ЭДС генератора – Ed2

Ток возбуждения – Iв1 Ток возбуждения – Iв2

Внутренний угол генератора δ1 Внутренний угол генератора δ2

1. Из сравнения видно, что в режиме потребления реактивной мощности значительно снижается ЭДС генератора Ed2< Ed1, а, следовательно, и ток возбуждения Iв2 < Iв1., причем ток Iв2 меньше значения тока холостого хода генератора. Следствием этого будет уменьшение магнитного потока в воздушном зазоре генератора и вытеснение его на лобовые части машины. Магнитный поток нагревает лобовую часть обмотки и все металлические части, примыкающие к ней, и этот перегрев может достигать опасной для обмотки статора величины.

2. В режиме потребления увеличен, по сравнению с обычным режимом внутренний угол генератора δ2> δ1, которым определяется устойчивость связи статор – ротор. Это может вызвать нарушение статической устойчивости генератора, электропередачи, привести к синхронным качаниям в энергосистеме и даже её разделению на несколько частей.

Для предупреждения ненормальных режимов, возникающих при уменьшении Iрот, использован ограничитель минимального возбуждения (ОМВ), который допускает режим потребления генератором реактивной мощности Qдо пределов, когда этот режим становится опасным, после чего вводит ограничение тока возбуждения снизу.

Уставкой ограничителя минимального возбуждения является характеристика зависимости QГЕН= f(PГЕН) для режима потребления реактивной мощности, которая выбирается по двум условиям:

1. Она должна быть выше заводской характеристики мощности генератора, допустимой по нагреву в режиме потребления Q.

2. Она должна быть выше характеристики мощности, допустимой по условию сохранения устойчивости электропередачи.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Характеристика ОМВ задается в координатах относительных значений P͙ и Q͙ и принимается на 10% выше наиболее высокой из двух характеристик.

Здесь, на Рис. 3.3.3.8:

1 – заводская характеристика ограничения режимов генератора,

2 – характеристика ограничения по условию сохранения статической

устойчивости,

3 – характеристика ОМВ.

Характеристика ограничения тока возбуждения, а, следовательно, потребления реактивной мощности, зависит от активной нагрузки генератора. При Р =0 потребление реактивной мощности допускается примерно на уровне значения Qном. в режиме выдачи реактивной мощности. С ростом активной нагрузки допустимое Qпотр. уменьшается, и при Р = Рном. приближается к нулю.

Характеристика ОМВ в координатах относительных значений P͙ и Q͙ является уставкой ограничителя ОМВ.

§

АРВ-СД по закону регулирования относится к регуляторам пропорционально-дифференциального типа, так называемым регуляторам «сильного» типа.

Эффект «сильного» действия регулятора обеспечивается выработкой регулирующего воздействия как по отклонению напряжения генератора, так и по скорости его изменения.

Кроме канала по производной напряжения, в регуляторе имеются и другие каналы стабилизации, которые способствуют повышению устойчивости функционирования замкнутой системы регулирования, обеспечивают быстрое затухание электромеханических переходных процессов, т.е. увеличивают статическую и динамическую устойчивость параллельной работы электростанции с энергосистемой.

Регулирующее воздействие регулятора АРВ-СД вырабатывается по следующим режимным параметрам (входным сигналам) регулирования:

– отклонение напряжения – ΔUs,

– производная напряжения – Us΄,

– изменение частоты – Δf,

– производная частоты – f΄,

– производная тока ротора – If΄.

Закон регулирования АРВ-СД имеет вид:

Uрег. = – Кu·ΔUs – Кu΄·Us΄ Кf ·Δf Кf΄·f΄- К’If΄·If΄

Канал ΔUsв этой формуле, как и в регуляторах пропорционального действия, является основным каналом регулирования, которым поддерживается постоянное напряжение Uг при изменении тока нагрузки. Канал имеет два значения уставки коэффициента усиления, – максимальный КU= 50 о.е.в/о.е.н и минимальный КU= 25 о.е.в/о.е.н (здесь о.е.в. – относительная единица возбуждения, равная номинальному значению напряжения возбуждения; о.е.н. – относительная единица напряжения статора, равная номинальному значению напряжения генератора). Значительное изменение Uвозбуждения (50%) по основному каналу при изменении напряжения генератора на 1%, вызывает большое перерегулирование, и потому для обеспечения устойчивости процесса регулирования в АРВ-СД введены дополнительные каналы регулирования, которые называются каналами стабилизации.

Все коэффициенты параметров стабилизации, – Кu΄, Кf, Кf΄ и -К’If΄в формуле закона регулирования АРВ-СД изменяются дискретно в пределах полного значения соответствующих величин.

Канал стабилизации по первой производной напряжения статора Us΄обеспечивает максимальное воздействие ещё до наступления полного отклонения напряжения ΔUs.

Этим степень перерегулирования при действии основного канала регулятора сильного действия будет уменьшена, и процесс регулирование будет происходить качественно и быстро, при более интенсивном его затухании.

Воздействия по изменению частоты Δfи по производной частоты f΄требуются для компенсации повышенного потребления реактивной мощности Qнагрузкой при возрастании частоты в энергосистеме и наоборот. Эта мера позволяет улучшить статическую и динамическую устойчивость энергосистемы, так как является реакцией регулятора на параметр Δf, косвенно отражающий изменение угла электропередачи δ.

Канал по первой производной ротора If΄стабилизирует процесс регулирования, уменьшая регулирующее воздействие пропорционально интенсивности изменения

тока ротора. Канал действует так же, как гибкая отрицательная обратная связь в электромагнитном корректоре напряжения.

Каналы стабилизации по частоте могут действовать неправильно при разгоне агрегата в случае сброса мощности после отключения нагруженного генератора от сети, увеличивая напряжение на его выводах. Поэтому вводятся в работу каналы стабилизации после достижении генератором активной нагрузки более 20% Рном, или в другом варианте после включении генератора в сеть.

Блокировка каналов стабилизации вводится, кроме того, при изменении частоты в энергосистеме со скоростью более 0,05Гц/сек.

Уставки АРВ-СД

Для регулятора АРВ-СД должны быть выбраны и определены следующие уставки регулирования:

1. Коэффициент усиления по основному каналу регулирования. Из двух значений коэффициента меньшее значение 25 о.е.в/о.е.н принимается для генераторов малой мощности, большее значение 50 о.е.в/о.е.н – для мощных и средних по мощности генераторов.

2. Коэффициенты усиления по каналам стабилизации. От этих коэффициентов зависит способность регулятора демпфировать колебания в энергосистеме, вызванные изменением баланса мощностей и тем самым обеспечивать статическую устойчивость электропередач.

В настоящее время нет строгой методики расчетов параметров коэффициентов усиления по каналам стабилизации, которую можно бы использовать в эксплуатации. Методические указания по наладке ТВ рекомендуют производить их подборку опытным путем в ходе наладки системы возбуждения на включенном в сеть генераторе.

Каждый канал стабилизации настраивается на работу с основным каналом регулирования отдельно, после чего проверяется совместная работа всех каналов стабилизации с основным каналом.

Для настройки каждого канала стабилизации его коэффициент усиления изменяется ступенями от 1 до максимального значения, на каждой ступени на вход регулятора дается внешний импульс изменения напряжение статора Us относительно уставки регулятора, после чего с записью на осциллограмму отслеживается, как регулятор отрабатывает воздействие. В качестве уставки коэффициента усиления канала принимается то значение коэффициента, при котором процесс восстановления напряжения происходит с меньшей амплитудой и меньшим числом колебаний.

3. Уставка регулятора по статизму. Статизм регулирования задается или как положительный статизм, стабилизация, – для генераторов, работающих на шины генераторного напряжения, или как отрицательный статизм, компенсация, для генераторов, работающих в блоке с трансформатором.

Значения уставок по статизму Кст изменяются ступенчато от 0 до 10%. Для генераторов, работающих на электростанции небольшой мощности, принимают значения Кст = 5÷6%, для мощных станций, генераторы которых выполняют роль регулирующих частоту в системе – не более 3%.

Состав АРВ-СД

В состав регулятора напряжения АРВ-СД входят следующие ячейки и блоки:

1. Панель промежуточных трансформаторов: измерительных трансформаторов тока и напряжения и трансформаторов схемы питания регулятора.

2. Ячейка питания – блок питания с выходами ±15В стабилизированное, и 24В нестабилизированное.

3. Ячейка датчиков тока ДТУ. Создает и преобразует для использования схемой регулятора активный, реактивный и полный ток статора генератора, реактивный ток блока генератор – трансформатор и ток возбуждения. На вход ячейки подаются ток и напряжение генератора Is и Us, ток блока Iбл. и ток возбуждения If.

4. Ячейка частоты и защиты БЧЗ, производит измерение частоты fнапряжения генератора и её отклонение, дифференцирует частоту, получая её производную f΄. В ячейке дифференцированием Usи Ifполучают производные Us΄и If΄. На выходе ячейки сигналы по производным суммируются, и выдается их объединенный сигнал.

5. Ячейка регулирования возбуждения БРВ, суммирует все сигналы регулирования и ограничения и вырабатывает управляющее воздействие. Там же размещены ограничители 2Iрот. ном, Iрот. minи ОМВ.

6. Ячейка управления напряжением БУН, в которой изменяется уставка напряжения генератора при оперативном управления или по внешним командам автоматики.

7. Ячейка ограничения перегрева БОП, выполняющая ограничение тока возбуждения по перегрузу.

8. Ячейка уравнивания реактивной мощности параллельно работающих генераторов.

9. Ячейка контроля исправности АРВ-СД.

10. Блок выходных реле.

Весь регулятор, кроме панели трансформаторов, размещен в типовой кассете максимального размера с отдельными модулями печатных плат. На каждой плате собрана схема отдельной функции АРВ. Сзади в шкафу возбуждения размещена отдельная панель с трансформаторами, балластными сопротивлениями и входными зажимами регулятора.

§

§

Ячейка включает в себя датчики:

– датчик частоты, на выходе которого напряжение, пропорциональное

частоте напряжения генератора f,

– дифференциатор значения частоты, выход которого K΄f·f΄ пропорционален производной изменения частоты,

– дифференциатор напряжения статора Us, – выход K΄U·U΄sпропорционален производной изменения напряжения,

– дифференциатор тока возбуждения If, – выход K΄If·I΄f пропорционален производной тока возбуждения.

Здесь же формируется сигнал отклонения частоты Δf.

Все параметры каналов стабилизации, выраженные в напряжениях, собираются на выходном усилителе блока БЧЗ. Выходное напряжение усилителя равняется сумме всех каналов стабилизации и называется канал «интенсивность».

В БЧЗ канал «интенсивность» блокируется, т.е. запрещается его выход до достижения активной мощности генератором значения P= 20% Pном. Сигнал на блокирование формируется активной составляющей тока генератора.

Здесь же выполняется блокирование канала «интенсивность» при изменениях частоты в энергосистеме, превышающем скорость 0,05Гц/сек.

3.3.3.4.8. Ячейка блока регулирования возбуждения (БРВ)(Рис. 3.3.4.4 Приложения)

БРВ – основная ячейка регулятора, в которой суммируются все входные воздействия схемы регулирования, формируется в соответствии с законом регулирования АРВ-СД напряжение управления, и выдается управляющее воздействие в виде напряжения управления UАРВ в блок управления БУ системы СУТП. В состав ячейки БРВ входят ограничители максимального и минимального тока возбуждения и ограничитель потребления реактивной мощности генератора ОМВ.

Условные обозначения в схеме БРВ:

Входные параметры

Us – напряжение статора,

Ip – активный ток статора генератора,

Iq – реактивный ток статора,

Iq бл. – реактивный ток блока,

If – ток возбуждения.

Выходные параметры

UАРВ – напряжение регулятора

Уставки соответствующих параметров

«Us͙ ном» – номинальное напряжение статора,

«Us͙ﹴ» – текущая уставка регулятора по напряжению статора

генератора,

«Ip͙ max» – максимальный активный ток статора характеристики

ОМВ,

«Iq͙ min» – минимальный реактивный ток статора характеристики

ОМВ,

Читайте также:  Иностранные инвестиции из Республики Беларусь

«If͙ max» – максимальный ток возбуждения,

«If͙ min» – минимальный ток возбуждения.

Назначение операционных усилителей в схеме:

А1, А3, А4 – схема задания уставки регулятора,

А5 – усилитель отклонения напряжения,

А6 – ограничитель минимального тока возбуждения,

А7 – ограничитель максимального тока возбуждения,

А9 – ограничитель потребляемой реактивной мощности, ОМВ,

А10 – выходной усилитель.

Транзисторы V22 и V23 – усилитель мощности выхода блока БРВ.

Выходное напряжение ОУ А1 (-10В) есть задание номинального напряжения генератора.

Значение Us͙ ном задается положением регулируемого резистора R4 и ограничивается транзистором V1, включенным в цепь обратной связи А1.

Усилитель А3 суммирует входные напряжения, определяющие уставку блока БРВ по напряжению:

1. Задание номинального напряжения генератора Us͙ ном, поступающее от А1 через R18.

2. Уставку напряжения генератора Us͙ , сформированную в блоке БУН.

3. Напряжение выхода блока ограничения перегрузки по нагреву, ОП, уменьшающее уставку до Iрот = Iрот ном.

4. Напряжение, пропорциональное Iq– реактивной составляющей тока генератора для получения требуемого статизма регулятора, если задана стабилизация характеристики регулирования. Уставка стабилизации задается переменным резистором R17 «стабилизация».

5. Напряжение, пропорциональное Iq блока– реактивной составляющей тока трансформатора блока для компенсации падения напряжения в трансформаторе, если генератор работает в блоке. Задание уставки компенсации – переменным резистром R16 «компенсация».

Усилитель А4 служит инвертором, т. е. изменяет знак напряжения входа. Напряжение его выхода отрицательное, по значению пропорциональное текущему значению уставки по напряжению генератора Us͙ , откорректированному по входам ОУ-А3. При заданном Us͙ = Us͙ ном и отсутствии на других входах А3 корректирующих напряжений на выходе усилителя А4 напряжение равно -6,5В.

Текущее значение выпрямленного напряжения генератора Usчерез фильтр, собранный на элементах R22, C7, R23, подается на вход усилителя А5, где сравнивается со значением уставки, а именно с напряжением выхода А4.

На выходе усилителя А5 получается напряжение ΔUs, пропорциональное отклонению текущего значения напряжения генератора от уставки, которое подается на вход выходного усилителя мощности А10.

На вход выходного усилителя А10 кроме ΔUsподается напряжение канала «интенсивность» с выхода блока БЧЗ – суммарный сигнал производных. Канал «интенсивность» вводится при отпадании реле К1 (с выхода канала снимается «нуль»). Реле К1 управляется активной составляющей тока генератора, уставка реле 0,2Ipном.

С выхода А10 сигнал подается на усилитель мощности, собранный на транзисторах V22 и V23, и охваченный глубокой обратной связью, которой определяется настройка регулировочной характеристики АРВ-СД (резистор настройки R80).

Ввод регулятора в работу выполняет реле К9, которое при подтягивании снимает «нуль» с выхода АРВ и дает свободный выход управляющему сигналу UАРВв схему СУТП. Реле К9 управляется внешними сигналами «ввод/вывод регулятора».

На вход усилителя А9 (ограничитель потребления реактивной мощности, ОМВ) подано через R68 напряжение, пропорциональное текущему значению реактивной составляющей тока Iqгенератора. Резистором R64 настраивается требуемый по характеристике уставки уровень тока – Iq͙ minпри активной мощности Р=0, а резистором R61 снижение – Iq͙ minпри увеличении Рген до Рном. На резистор R61 подана активная составляющая тока Ipи она постоянно снижает уставку -Iq͙ minпропорционально активной составляющей тока генератора точно по характеристике ОМВ. Когда потребляемый реактивный ток –Iqувеличивается сверх уставки, на инвертирующем входе усилителя А9 потенциал изменяется на отрицательный, выход А9 меняет знак на ( ), который прикладывается к усилителю А10 через диод V15. Это изменит выход регулятора, препятствуя дальнейшему снижению Iвозб. и росту потребления генератором реактивной мощности. Конденсатор С16 в цепи обратной связи А9 вызывает замедление подъёма Uвых А9 до значения уставки. По мнению разработчиков АРВ-СД это будет успокаивать энергосистему, когда в ней будут происходить резкие колебания реактивной мощности.

Если в регулятор извне поступил сигнал «работа в режиме «Cosᵠ = 1», срабатывает и замыкает свой контакт реле К2, задание на А9 (потенциал инвертирующего входа) снижается до «нуля», на выходе А9 конденсатор С16 закорачивается контактом К2, характеристика ОМВ превращается в статическую, и ОМВ постоянно удерживает Iq= 0, что соответствует Qген = 0, а это есть режим Cosᵠ = 1.

Ограничитель минимального тока ротора If͙ minнужен, чтобы не допустить срыва импульсов управления при очень малых токах через тиристоры. Усилитель А6 ограничителя If͙ min работает, как и А9: при If< If͙ minотрицательный сигнал входа А6 дает ( ) на выходе, это положительное напряжение через диод V10 прикладывается к усилителю А10, препятствуя снижению Iротора. Уставка ограничителя выставляется резистором R40.

Ограничитель If͙ maxна А7 – это ограничитель тока форсировки 2Ifном. При увеличении

If> If͙ maxтеперь уже отрицательный выход А7 снижает через диод V12 Uвыхода регулятора, удерживая Iрот = 2Iрот ном.

§

Отказ обоих регуляторов выявляет релейная схема управления возбуждением и дает сигнал в ячейку НС (начального смещения) блока управления СУТП обоих преобразователей. В ячейке НС формируется постоянное по величине управляющее напряжение Uупр, соответствующее значению 0,8Iрот ном, так называемая фиксированная точка регулирования. Это напряжение подается в ячейки управления «У» блока управления СУТП. Генератор работает на фиксированной точке до восстановления работоспособности регуляторов или до отключения генератора.

3.3.3.7.Одногрупповой тиристорный возбудитель параллельного самовозбуждения Блок контроля. Гашение поля генератора(продолжение).

(Рис. 3.3.3.1. приложения)

Если агрегат готовится к точной автоматической синхронизации, схема управления возбуждением получает сигнал об этом и передает его в АРВ-СД, регулятор начинает подгонку уставки к напряжению сети. По окончании подгонки, когда разность Uген и Uсети станет меньше уставки подгонки, регулятор дает разрешение на включение выключателя генератора. После включения выключателя схема управления дает в регулятор импульс на перевод генератора в режим Cosᵠ= 1, чтобы предотвратить возможные колебания реактивной мощности генератора и сдемпфировать качания активной мощности, возможные при включении. После того, как режим Cosᵠ= 1 установится стабильно, схема управления возбуждением разрешает оперативное управление возбуждением.

Тоже произойдет при самосинхронизации генератора, – после подачи возбуждения на включенный в сеть генератор, регулятор АРВ-СД сначала выведет его на режим Cosᵠ=1, а потом разрешит изменение уставки напряжения и набор мощности.

Блок контроля (БК) в составе схемы управления принимает сигналы о возникших отклонениях в работе тиристорных преобразователей, о неисправностях системы СУТП или регуляторов напряжения и передает их в схему управления возбуждением. Схема управления даст оперативному персоналу сигнал о возникшей неисправности, подготовит и выдаст воздействие, необходимое для сохранения генератора в работе:

1. При неисправности АРВ-СД (потеря питания, потеря цепей напряжения регулятора и др.) в работу автоматически вводится резервный регулятор напряжения.

2. При возникновении неисправности сразу двух регуляторов возбуждения произойдет автоматический переход на фиксированную точку регулирования напряжения.

3. Если выявлена неисправность СУТП одного из преобразователей (потеря питания, снятие синхронизирующего напряжения и др.), этот преобразователь автоматически выводится из работы снятием управляющих импульсов с тиристоров преобразователя.

4. При выявлении блоком БК неисправности в одном из тиристорных преобразователей (перегорание 1,2 или 3-х предохранителей в плече, полная потеря проводимости плеча или выход из строя одного преобразователя) схема управления возбуждением выдает в АРВ-СД соответствующее воздействие на ограничение режима генератора по возбуждению.

В схеме управления возбуждением реализуется ещё одна функция управления, – развозбуждение генератора. При увеличении Uстатора > 1,2 Uном в режиме холостого хода генератора сработает реле напряжения и первым воздействием отключит регулятор АРВ-СД. Если напряжение генератора не понизится, то следующим воздействием будет перевод тиристорных преобразователей в инверторный режим. Напряжение генератора в результате уменьшится, реле напряжения отпадет, а через 2 сек снова восстановит управление тиристорами и теперь дальнейшее зависит от значения напряжения генератора. Если напряжение генератора снизилось, продолжится нормальная работа генератора, если

же напряжение остается больше 1,2 Uном, условия работы развозбуждения сохраняются, преобразователи снова переводятся в инверторный режим и далее все повторяется. Так будет продолжаться либо до снижения Uстатора, либо до вмешательства оперативного персонала, который получит сигнал «Работа развозбуждения».

Гашение поля в ходе нормальной остановки агрегата производится переводом ТП в

инверторный режим . Сигнал на инвертирование принимает реле гашения поля и

передает его в ячейки управления 1У ÷ 6У блока БУ СУТП. По этом сигналу

на тиристорах всех преобразователей устанавливается угол регулирования

αрег = 130° режима инвертирования. Инвертирование производится с помощью

разрядника, шунтирующего ротор на нелинейное сопротивление

В аварийных случаях, при действии защит генератора и его возбудителя гашение

производится совместным действием инвертирования и отключением АГП.

По окончании процесса гашения поля импульсы управления с ТП снимаются.

В любом варианте гашения поля после снижения напряжения Uстатора

ниже 0,8 Uном источники питания СУТП и регуляторов напряжения переключаются

с рабочего входа на резервный, от аккумуляторной батареи.

После спадания тока ротора до нуля, через 5 сек отключаются резервные источники

питания СУТП и регуляторов напряжения.

Преобразователи отключены, процесс гашения поля закончен.

§

1. Токовые защиты выпрямительного трансформатора TE

Защиты включаются на ТТ, установленные со стороны высокого напряжения ТЕ.

1.1. Отсечка.

1.2. МТЗ. Уставка защиты выбирается по отстройке от тока ротора в режиме форсировки возбуждения. МТЗ защищает сам ТЕ, выпрямители и всё низковольтное оборудование системы возбуждения.

Выходные воздействия обеих защит, – отключение выключателя генератора (блока) и

гашение поля генератора.

2. Защиты ротора генератора

Токовые защиты ротора подключаются к трансформаторам тока низкой стороны ТЕ

т.е. «видят» все неисправности схемы выпрямления и схемы постоянного тока со

стороны переменного напряжения.

2.1. Защита от неуправляемой форсировки

Защита предназначена для действия в случае отказа ограничителя максимального

тока 2Iрот. ном. Уставка защиты

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Здесь:

Квыпр – коэффициент выпрямления, для трехфазной схемы равен 0,816.

Первое выходное воздействие защиты с временем t= 0 сек, – на отключение

АРВ-СД; второе, если ток ротора не уменьшается, с t= 0,5 сек, – на отключение

выключателя и гашение поля генератора.

2.2. Защита от длительной форсировки

Защита предупреждает перегрев ротора в случае затяжной форсировки возбуждения. Уставка по току защиты

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Защита с уставкой по времени первой ступени t1 =40 сек действует на вывод из работы АРВ-СД, со второй t2 =45 сек – на отключение выключателя и гашение поля генератора.

Действие защит потребуется в случае отказа блока ограничения перегрузки БОП.

Исправный БОП ограничит ток ротора до значения Iрот.ном значительно раньше, не допуская срабатывания защиты.

2.3. Защита от КЗ на стороне постоянного тока

Датчиком для такой защиты служит датчик постоянного тока, установленный на стороне выпрямленного напряжения схемы ТВ. Замеряемый датчиком параметр, – напряжение, пропорциональное току ротора, снимается с калиброванного шунта Rд, врезанного в цепь тока ротора. Защита должна срабатывать при КЗ в схеме постоянного тока ТВ, например, замыкании между собой колец ротора. Уставка защиты отстраивается от тока форсировки с большим запасом и проверяется по чувствительности к металлическому КЗ между полюсами ( ) и (-) схемы возбуждения. Обычно Iсраб. принимается равным 3÷3,5 Iрот.ном, выходное воздействие защиты – мгновенное отключение выключателя генератора и на гашение поля.

Однако, для таких защит трудно обеспечить надежное несрабатывание в переходных режимах работы возбуждения, поэтому эти защиты пока переводят действием на сигнал.

2.4. Защита ротора и цепей возбуждения от замыкания на землю в одной точке

В качестве защиты от замыкания на землю в одной точке используются разработанные ранее комплекты защит ротора типа КЗР-3 с ВУ-2, либо новый вариант этой защиты блоки БЭ-1104 с БЭ-1105. Действие этих защит, используемых для гидрогенераторов – на отключение генератора с временем t= 3÷5 сек, а для турбогенераторов, – на сигнал. Для турбогенераторов при этом должна вводится в работу защита от КЗ на землю ротора в двух точках с действием на отключение.

3. Защита ТП возбудителя

3.1. Защита по понижению частотына отключенном от сети генераторе

Защита предупреждает повреждение тиристорных преобразователей в случае сбоя в схеме автоматики останова агрегата, если не произошло гашение поля после отключения выключателя, и генератор снижает обороты, останавливается с непогашенным полем ротора. Со снижением оборотов уменьшается Uстатора, и регулятор возбуждения сначала стремится поднять ток ротора вплоть до тока форсировки 2Iрот. ном. Однако по мере дальнейшего снижения частоты амплитуда синхронизирующего напряжения блока управления СУТП уменьшится настолько, что будет нарушена очередность подачи на тиристоры управляющих импульсов и их длительность. Это приведет к междуфазным КЗ на стороне переменного тока системы ТВ, перегоранию предохранителей и повреждению тиристоров в преобразователях.

Нижний предел гарантированной заводом работы регулятора по частоте – 39,5Гц. Поэтому уставку защиты по частоте принимают fmim= 45÷42,5Гц, и действует она с

временем t= 0 на гашение поля генератора отключением АГП.

4. Защиты генератора при отклонениях в работе системы возбуждения

4.1. Защита от асинхронного режима генератора с возбуждением.

Асинхронный режим генератора с возбуждением может быть вызван или снижением тока ротора, или внешними причинами, такими как грубая синхронизация, затяжное КЗ на шинах станции и др. Защита выявляет асинхронный режим работы возбужденного генератора и выдает воздействие, – отключение после одного или нескольких проворотов генератора.

Принцип действия этой защита рассматривается в курсе «Защиты генератора».

4.2. Защита от асинхронного режима генератора без возбуждения.

4.2.1. Если потеря возбуждения генератором произошла в результате отключения всех тиристорных преобразователей системы возбуждения, защита это выявляет и действует сразу, без выдержки времени на отключение выключателя генератора.

4.2.2. В других случаях потери возбуждения для выявления ненормального режима используется дистанционное реле с круговой характеристикой, смещенной в сторону оси (-X).

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Дистанционный орган защиты срабатывает, когда сопротивление Zнагрузки генератора, а, следовательно замер реле, переместится в 4 квадрант системы координат R,X(режим генератора Р,-Q).

Уставка круга дистанционного органа определяется координатами его диаметра АВ:

точка А XA= 0,4X’d

точка В XВ= 1,1Xd,

здесь X’d- переходное сопротивление,

Xd- продольное синхронное сопротивление генератора.

Защита выявляет режим работы генератора без возбуждения и выдает соответствующее воздействие:

– на снижение мощности турбины, если асинхронный режим

генератора разрешен,

– на отключение генератора от сети с временем t= 2сек,

если режим запрещен.

Заключение

Весь комплекс устройств управления ТВ, включая схему управления возбуждением, СУТП и регуляторы напряжения действуют как единый комплекс по автоматическому управлению возбуждением во всех режимах работы генератора. Комплекс решает вопросы регулирования тока возбуждения в нормальных и аварийных режимах энергосистемы и обеспечивает статическую и динамическую устойчивость длинных нагруженных линий передач.

Комплекс контролирует состояние всех систем ТВ, в случае неисправности вводит ограничения по возбуждению, сохраняя генератор в работе, обеспечивает защиту ТВ и его элементов в аварийных случаях.

§

В рассматриваемой схеме рис. 3.4.1. статической системы возбуждения UNITROL5000 в качестве источника мощности использован вспомогательный генератор возбуждения переменного тока промышленной частоты, т. е. , главный генератор имеет независимое возбуждение. Тиристорные преобразователи включены по двухгрупповой схеме, каждая группа, рабочая и форсировочная, состоит из 2_х преобразователей.

Для питания собственных нужд ТВ предназначен включенный на напряжение рабочей группы трансформатор ТО5. От него запитаны и силовые входы системы управления СУТП преобразователей PSI1 и PSI2.

Функции всей системы регулирования возбуждения с небольшим отличием совпадают с функциями систем тиристорного возбуждения на микроэлектронной базе. В корне отличается способ обработки данных и выработки выходных воздействий, – здесь используются микропроцессорные устройства, действующие по единой для всей системы ТВ программе.

Используя возможности МП-техники, изготовители системы UNITROL5000 объединили функции управления, регулирования и контроля системы возбуждения в единый блок, выполненный в рассматриваемой схеме в дублированном варианте (блок А10 и блок А20). Блоки размещаются в отдельном металлическом корпусе, с общей программой обработки данных; оба блока получают данные, поступающие на общую быстродействующую плату входов/выходов FIO1 и передают результаты работы через ту же плату. Каждый из блоков, А10 и А20 называется «канал управления» и включает в себя систему СУТП, регуляторы напряжения, логику управления состоянием системы возбуждения, блок контроля и связи с оператором. Блок включает в себя плату управления СОВ, плату измерения MUS, и регуляторы напряжения.

На плату измерения MUSкаждого канала поступают аналоговые данные: Usи Isот ТН и ТТ главного генератора. Через быстродействующую плату входов/выходов поступает ток возбуждения IЕ , снимаемый с шунта R06.2, включенного на стороне выпрямленного напряжения, и выпрямленное напряжение UЕ после тиристорных преобразователей.

Для организации системы управления СУТП на плату интерфейса силовых сигналов PSIпоступает напряжение от трансформатора СН возбуждения. После предварительной гальванической развязки и обработки от платы PSIв блок управления поступает напряжение синхронизации Usоп,которое используется для формирования импульсов управления тиристоров. На плате измерения MUSпроизводится гальваническая развязка сигналов, фильтрация и преобразование их в цифровую форму, а также быстрая их обработка, расчет значений P, Q, f, Cosφ и других параметров генератора и системы возбуждения.

Быстродействующий центральный процессор управляющей платы СОВ реализует функции логики управления состоянием возбуждения, управления преобразователями (СУТП), функции ограничителей и защит. Регуляторы AVR(сильного действия) и FCR(резервный регулятор) реализуют каждый свой закон регулирования и передают их на плату управления СОВ, где формируются управляющие импульсы для тиристоров моста. Специализированная интегральная схема в СОВ поддерживает связь с местными пультами управления, со всеми элементами системы возбуждения и обеспечивает функцию самодиагностики.

Импульсы, вырабатываемые на выходе платы СОВ, поступают на гальванически изолированные входы блоков CIN, размещенных в каждом шкафу моста. Поступающие в Эти блоки импульсы, которые несут информацию об угле регулирования тиристоров каждого из плеч преобразователя, усиливаются, передаются на импульсные трансформаторы, в формирователи импульсов GDIи далее на управляющие входы тиристоров моста.

Основной регулятор AVRсильного действия обеспечивает автоматическое поддержание напряжения на выводах генератора по пропорционально – интегрально – дифференциальному закону регулирования. Главные функции AVR аналогичны функциям регуляторов в предыдущих системах ТВ:

-поддержание напряжения на шинах электростанции с заданным

статизмом регулирования,

-обеспечение устойчивой работы в переходных режимах работы сети и генератора,

-форсировка возбуждения,

-реализация воздействия ограничителей ТВ,

-расфорсировка возбуждения.

Иначе, чем в предыдущих регуляторах систем тиристорного возбуждения здесь выполнено демпфирование колебаний мощности с помощью стабилизирующих каналов.

Стабилизаторы построены соответственно требованиям международных стандартов на возбуждение, с использованием в качестве входных сигналов частоты вращения ротора и электрической мощности генератора. Параметры такого стабилизатора, данные схемы замещения первичной цепи и специальная программа расчета закладываются при изготовлении устройства. Выходные воздействия регулятора программа рассчитывает в процессе работы генератора по текущим данным сети, генератора и его возбуждения. Помимо этого, основного типа стабилизатора, предлагаются еще 2 их разновидности, один из них – это многополосный стабилизатор с 3 индивидуально настраиваемыми каналами стабилизации, конструкция которых обеспечивает подавление электромагнитных колебаний высоких, средних и низких частот в диапазоне 0,05 ÷ 4 Гц.

Аналогично предыдущим выполнены ограничители возбуждения:

– ограничение тока ротора при аварийных перегрузках,

– ограничение минимального возбуждения по условию либо статической

устойчивости, либо по нагреву лобовых обмоток статора генератора

в режиме недовозбуждения,

– ограничение тока форсировки на уровне 2Iном. рот.

Так же, как и в предыдущих системах ТВ действует логика управления возбуждением, так называемые технологические функции, – начальное возбуждение, включение генератора в сеть методом точной синхронизации, гашение поля, переходы с основного канала регулирования на резервный и обратно и др.

Здесь значительно расширены функции контроля всех устройств системы возбуждения, за счет возможностей, предоставляемых микропроцессорной техникой, в том числе самодиагностика контроллеров управления, блоков питания и периферийных блоков.

Состав микропроцессорных защит возбуждения UNITROL5000 практически равен предыдущему набору защит систем ТВ. Отличаются от предыдущих только токовые защиты ротора от перегрузки, – все они, – защита от перегрузки, защита от длительной форсировки, защита от неуправляемой форсировки, заменены одной защитой от перегрузки, имеющей времязависимую характеристику. В этой характеристике учтены требования к срабатыванию всех трех защит.

§

Управление системой UNITROL5000 оператором осуществляется с помощью релейных команд дистанционно с пульта управления генератора, либо от АСУ-ТП командами, передаваемыми по последовательному интерфейсу разных стандартов

(Modbus, Profibus, и др.). Для контроля и управления системами UNITROLв процессе наладки и затем в ходе эксплуатации в составе системы имеется отдельный терминал управления возбуждением ECTUNITROL, так называемый блок поддержки эксплуатации, контроля и технического обслуживания. Это мощный промышленный ПК, функционирующий отдельно от блока управления системы возбуждения. Устройство снабжено программами, поддерживающими процедуры поиска и устранения неисправностей. Помимо этого оно производит непрерывную запись выбранных данных и их сохранение, ведет список событий, выдает на экран сообщения о неисправностях и сообщения в схему сигнализации станции. В постоянном режиме на дисплей ECTUNITROLвыведены замеры 6_ти аналоговых измерительных приборов с данными возбуждения. Монтируется устройство либо на шкафу управления возбуждением, либо на блочном щите управления электростанции. Устройство ЕСТ UNITROLимеет набор сенсорных кнопок для управления возбуждением с этого устройства.

Для проведения пуско-наладочных испытаний вместе с самой системой возбуждения UNITROL5000 поставляется пользовательская программа CMTTools. Персональный компьютер с этой программой по оптоволоконному кабелю подключается к блоку управления системы возбуждения СОВ.

Система поставляется с полностью сконфигурированными каналами управления и пользователь может изменять в ней только цифры уставок блока регулирования, характеристики ограничителей возбуждения, уставки защит и др. Помимо этого, пользователю дана свобода конфигурирования выходов сигнализации и записываемых в регистраторе переменных величин. Это обязывает тщательно прорабатывать технические требования к системе ТВ, по которым будет изготавливаться система.

Вопросы резервирования системы UNITROL5000

Вопросы резервирования силовой части системы и блока управления решаются и обеспечиваются раздельно.

Варианты комплектования силовой части, предлагаемые изготовителем:

1. Схема с одним мостом преобразователя, без резерва (для генераторов небольшой мощности).

2. Резервирование по схеме 1 1, всего 2 преобразователя, 100_процентное резервирование, когда любой из преобразователей обеспечивает все режимы возбуждения.

3. Резервирование по схеме n- 1 (n- 2), когда устанавливаются nштук мостов ТП. Все режимы возбуждения генератора обеспечиваются при числе шкафов – мостов n-1 (n-2), и выход из строя одного (двух) мостов не накладывает ограничений на режим работы генератора.

4. Полное дублирование силовой части системы, когда устанавливаются 2 равноценных преобразователя выпрямителя с одинаковым числом мостов в каждом, резервирование 100%.

Резервирование каналов регулирования и автоматических регуляторов напряжения также имеет несколько вариантов:

1. Если система ТВ имеет только один канал регулирования.

1.1. Используется только один автоматический регулятор напряжения сильного действия или один регулятор пропорционального типа.

1.2. Устанавливаются 2 регулятора напряжения; один из них, регулятор сильного действия АРВ-СД, используется как основной, другой, пропорционального действия, резервный.

1.3. Устанавливаются 2 одинаковых регулятора напряжения сильного действия;

в работе находится один из них, другой – в режиме слежения.

2. Для системы ТВ устанавливают 2 комплекта каналов управления, в каждом комплекте один основной и один резервный регулятор напряжения. В этом варианте

в резерве один канал управления со своими регуляторами, в работе – другой канал управления, у него в работе основной регулятор напряжения, резервный регулятор работающего канала – в режиме слежения.

§

Переход на тиристорное возбуждение при возрастании единичной мощности генераторов позволил избавиться от электромашинного возбуждения, использующего машины постоянного тока с их системой выпрямления в виде коллектора с громоздким щеточным аппаратом. С вводом ТВ удалось расширить используемые режимы работы генератора, улучшить характеристики регуляторов возбуждения, а с вводом сильного регулирования повысить статическую и динамическую устойчивость энергосистем.

Однако с дальнейшим ростом единичной мощности генераторов и увеличением их тока возбуждения потребовалось увеличить размеры щеточного аппарата на кольцах ротора, что вызвало увеличение биений вала генератора и ухудшение температурного режима щеточного аппарата генератора.

Решением этих вопросов мог стать переход на бесщеточное возбуждение, в котором нет коллектора машин постоянного тока и токосъемных колец на валу главного генератора.

Системы бесщеточного возбуждения сейчас разрабатываются и реально используются,

однако при существующем уровне их разработки они не отвечают всем требованиям к возбуждению мощных генераторов, поэтому пока используются на генераторах малой и средней мощности.

Силовая схема БЩВ

(Рис. 3.5.1. приложения)

Условные обозначения в схеме бесщеточного возбуждения.

БДВ – возбудитель генератора,

ПВ – подвозбудитель, возбудитель возбудителя,

СВВ – силовые вращающиеся выпрямители,

СМ – муфта сочленения,

В1 – выпрямитель (тиристорный преобразователь) подвозбудителя,

В2 – выпрямитель схемы регулирования тока ротора,

В3 – выпрямитель (тиристорный преобразователь) возбуждения подвозбудителя,

ОВВ – основная обмотка возбуждения возбудителя,

ОВВд – дополнительная обмотка возбуждения возбудителя,

АРВ-ВГ – регулятор напряжения возбудителя,

АРВ-ПВ – регулятор напряжения подвозбудителя.

Источником мощности в БЩВ является обращенный синхронный генератор переменного тока, трехфазный, повышенной частоты. Генератор возбуждения БДВ размещен на общем валу с главным генератором. У обращенного генератора обмотки возбуждения расположены на статоре, неподвижны, а силовые обмотки переменного тока (якоря) – на роторе, т.е. вращаются. Выходы якоря обращенного генератора подключены к ротору главного генератора через СВВ, – силовые вращающиеся выпрямители, собранные на неуправляемых диодах и укрепленные внутри полого вала генератора возбуждения. Между возбудителем БДВ и ротором генератора имеется СМ – муфта сочленения, которая служит для механического сочленения вала возбудителя с укрепленными на нем вращающимися выпрямителями с валом главного генератора.

Независимое возбуждение возбудителя БДВ обеспечивается подвозбудителем ПВ, – генератором переменного тока повышенной частоты. Через преобразователи В1 его выпрямленный ток подается в основную обмотку возбуждения возбудителя ОВВ. Подвозбудитель сочленятся с валом возбудителя торсионной связью, допускающей некоторое аксиальное смещение. Возбуждение подвозбудителя ПВ выполнено по типу параллельного самовозбуждения и имеет свой регулятор напряжения АРВ-ПВ.

Возможен вариант использования в качестве источника мощности возбуждения возбудителя ВБД тока трансформатора возбуждения ТВ, включенного на выводы главного генератора.

Изменение тока ротора главного генератора Iрот. производится, как и в электромашинном возбуждении, изменением возбуждения возбудителя ВБД.

Регулирование напряжения генератора выполняет регулятор возбудителя АРВ-ВГ, включенный на дополнительную обмотку возбуждения ОВВд. Регулятор подвозбудителя АРВ-ПВ поддерживает напряжение основной обмотки возбуждения возбудителя.

Изменение Iрот. главного генератора производится изменением возбуждения возбудителя БДВ, поэтому бесщеточное возбуждение, как и электромашинное возбуждение, является медленнодействующей системой возбуждения и использоваться для мощных генераторов не может.

Обеспечить быстродействие возможно, если для выпрямления тока ротора вместо диодов применить тиристоры, и для передачи управляющих сигналов на вращающиеся преобразователи использовать легкие кольца. Однако, пока еще не разработан удобный и надежный аппарат передачи большого количества сигналов на вращающиеся элементы электрических схем.

Кроме того, в БЩВ имеется еще ряд нерешенных вопросов:

– не обеспечена достаточная надежность крепления элементов схемы выпрямления внутри вала, – диодов, резисторов и др.,

– требуется специальное шумопоглощающее устройство против шума, создаваемого системой охлаждения преобразователей СВВ тока ротора,

– все еще нет надежной конструкции муфты сочленения для турбогенераторов большой мощности.

Сейчас для генераторов малой и средней мощности выпускаются системы БЩВ, в которых управление, регулирование и защиты возбуждения выполнены на базе устройств МП-техники. Такие системы возбуждения имеют весь свои необходимый для эксплуатации набор функций возбуждения, обеспечивают достаточную надежность устройств и при этом могут собираться в очень компактные конструкции. Так, для генераторов малой мощности вся аппаратура управления, включая тиристорные преобразователи возбуждения возбудителя, размещается в одном шкафу управления возбуждением.

Читайте также:  Привлечение инвестиций

§

(Рис. 3.5.2. приложения)

Вся система возбуждения возбудителя и управления возбуждением, размещенные в шкафу, подключены ко вторичной обмотке выпрямительного трансформатора ВТ через согласующий трансформатор ТUс двумя вторичными обмотками, имеющими коэффициент трансформации 380/175/175 В.

К одной из вторичных обмоток ТUподключена обмотка возбуждения возбудителя ВБД, другая обмотка питает систему управления и регулирования возбуждения. В качестве выпрямителей переменного тока для возбуждения возбудителя используются тиристорные преобразователи ПТ1 и ПТ2, собранные по трехфазной мостовой схеме. Преобразователи полностью дублируют друг друга, обеспечивая 100%_е резервирование возбуждения ВБД, при этом в работе всегда находится один из преобразователей, другой – в горячем резерве. Обмотка возбуждения ВБД подключается к преобразователям ПТ1 и ПТ2 через разделительные диоды Д1 и Д2, этим предупреждается режим параллельной работы преобразователей на момент перехода с одного канала питания возбуждения ВБД на другой. В цепи каждого из преобразователей имеется автоматический выключатель защиты от токов КЗ с независимым расцепителем SF3 (SF4).

Все функции управления, регулирования и защит возбуждения выполняют МП-устройства кассеты КРУ – кассеты управления, регулирования и защит.

В состав кассеты КРУвходят:

– два канала регулирования, КР1 и КР2,

– универсальный пульт оператора УНИПО-К,

– элементы связи и согласования.

Помимо кассеты КРУв шкафу находятся:

– плата питания ПП,

– плата начального возбуждения НВ,

– блок токового канала БТК,

– платы выходных реле ПР1 ÷ ПР3,

– платы входных сигналов ПОР1 ÷ ПОР4,

– платы отключения ПО1 ÷ ПО2,

– устройство контроля изоляции цепей возбуждения главного генератор «АРГУС»,

– другие устройства.

Два канала регулирования КР1 и КР2аналогичны друг другу, каждый из них состоит из блока датчиков БД-КР1 (БД-КР2), платы ввода/вывода дискретных сигналов ПДВВ1, универсального контроллера БУК и платы согласования ПС.

Блок датчиков БД-КР1 (БД-КР2) предназначен для приема аналоговых сигналов, их преобразования и гальванического разделения входных сигналов и цепей контроллера. На каждый блок датчиков подаются входные сигналы:

– напряжение статора генератора Uг, 3 фазы,

– ток статора Iг,

– напряжение сети Uс,

– напряжение возбуждения БДВ Uвв,

– ток возбуждения бесщеточного возбудителя БДВ Iвв,

– напряжение синхронизации Uсинхр. для формирования управляющих сигналов на

тиристорные преобразователи, при этом на каждый из преобразователей подается то

же напряжение, от которого запитан сам преобразователь.

В устройстве нет замеров тока и напряжения возбуждения главного генератора, поскольку выполнить схему измерения затруднительно. Однако ток ротора в программе кассеты КРУ определяется расчетным путем, поскольку есть необходимость его использования в регуляторе напряжения.

Платы дискретного ввода/вывода ПДВВ1принимают и преобразовывают входные дискретные сигналы команд управления возбуждением, состояния коммутационной аппаратуры, а также сигналы срабатывания защит генератора. Эти же платы выдают информационные сигналы на пульт управления или в АСУ ТП станции (сигналы «работа ОМВ», «перегруз ротора», «в работе КР2» и др.). С ПДВВ1 выдаются сигналы управления начальным возбуждением и блоком токового канала БТК.

Универсальный контроллер БУКреализует программу управления, регулирования возбуждения и защит системы возбуждения, используя данные входов и вырабатывая управляющие воздействия, параметры регулирования и сигналы информации для оперативного персонала.

Через плату ПС(плата согласования) каждого КР выдаются импульсы управления на свой преобразователь, и сигналы срабатывания защит возбуждения на плату отключения ПО1 и ПО2.

Универсальный пульт оператора УНИПО-К – это микропроцессорный контроллер с 4_х строчным дисплеем и клавиатурой управления. УНИПО-К позволяет просматривать текущие параметры генератора, возбудителя, самой системы возбуждения, а также дневник событий системы. С помощью УНИПО-К производится настройка регуляторов и защит возбуждения.

Плата начального возбуждения НВиспользуется, как обычно, при запуске возбуждения генератора со схемой параллельного самовозбуждения, с подключением к источнику питания 24 В.

Блок токового канала БТК подает ток в обмотку возбуждения ВБД при глубоких посадках напряжения генератора. Блок срабатывает по командам реле минимального напряжения с пуском по максимальному току при условиях:

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

БТК подключается к аккумуляторной батарее и выдает непосредственно в обмотку возбуждения возбудителя заранее настроенный с помощью подстроечных резисторов ток, равный 2Iвв.ном в течение 5 сек , – на время возможной длительности КЗ.

Через платы выходных реле ПР1 ÷ ПР3обеспечивается выдача информации каналов регулирования КР1 и КР2 на пульт управления генератора или в АСУ ТП станции.

Платы входных сигналов ПОР1, ПОР3 (ПОР2, ПОР4) принимают и передают в КР1(КР2) входные сигналы о состоянии аппаратуры и команды управления возбуждением.

Платы отключения ПО1 (ПО2)принимают извне сигнал отключения возбуждения от защит генератора и посылают импульс на гашения поля генератора отключением автоматов SF3 и SF4. Те же платы принимают от ПС сигналы срабатывания защит возбуждения, и с них направляют сигнал во внешние цепи на отключение выключателя генератора, а также сигнал на отключение автоматов SF3 и SF4 (гашение поля генератора).

Устройство контроля изоляции цепей возбуждения главного генератора «АРГУС», – это устройство защиты цепей возбуждения генератора от замыкания на землю, действующее на сигнал. Устройство подключено к вращающейся части схемы возбуждения.

§

В ШУВГ-220 термином «автоматический регулятор возбуждения» называется полный комплекс управления, регулирования и защит системы возбуждения, включающий в себя следующие функции:

1. Управление возбуждением

Это функции изменения состояния генератора и системы возбуждения. К ним относятся:

– начальное возбуждение генератора,

– гашение поля,

– автоматический и дистанционный переход с основного

регулятора напряжения генератора на резервный,

– переход с одного канала регулирования КР на другой,

– изменение уставки регулятора напряжения,

– и другие.

2. Управление тиристорными преобразователями СУТП, выполняет функции:

– синхронизацию импульсов управления тиристорами с напряжением

питания преобразователей ПТ1 и ПТ2, выполняемую программно-

аппаратными средствами,

– формирование в системе СУТП фазы импульсов управления тиристорами,

– ограничение диапазона изменения углов управления.

3. Регулятор напряжения генератора, основной регулятор, выполняющий регулирование напряжения на шинах станции в соответствии заданной уставкой по напряжению и статизмом регулятора. В основу регулирования положен закон регулирования по отклонению напряжения и его производной, т.е. по принципу действия это регулятор сильного действия. Коэффициент усиления регулятора по основному каналу КΔUможет быть установлен в пределах 5 ÷ 15 о.е.в./о.е.н. Кроме того, в регуляторе имеется дополнительный стабилизирующий канал регулирования по производной тока ротора, используемый для повышения устойчивости регулирования. Именно для этого канала стабилизации по I’f в программе регулятора производится расчет значения тока ротора генератора по текущим значениям Uг и Iг.

Помимо функции регулирования напряжения регулятор реализует ограничения возбуждения по командам ограничителей, выполняет подгонку напряжения генератора к напряжению сети при точной автоматической синхронизации генератора и выдает разрешение на включение выключателя по окончании подгонки.

В кассете КРУ ШУВГ предусмотрено еще одно ограничение тока возбуждения – снижение тока возбуждения генератора при снижении его частоты, так, чтобы сохранить отношение В/Гц постоянным. Это необходимо для предупреждения перевозбуждения силовых трансформаторов, имеющих электрическую связь с генератором. Перевозбуждение трансформаторов возникает с увеличением отношения В/Гц и может привести к перегреву магнитопровода трансформатора.

В дополнение к основному регулятору в системе предусмотрен резервный – регулятор тока возбуждения, на который автоматически переводится возбуждение в случае неисправности основного регулятора.

4. Ограничения возбуждения, выполняется через ограничение тока возбуждения возбудителя:

– ограничение тока ротора до значения 2Iрот.ном.,

– ограничение перегрузки по току ротора, выполненное по времязависимой

характеристике тока возбуждения возбудителя,

– ограничение минимального тока возбуждения по перегреву статора

генератора.

5. Форсировка возбуждения при понижении напряжения генератора ≤ 90% Uном.

При этом, если напряжение генератора в момент КЗ становится ниже уставки реле минимального напряжения БТК, форсировку возбуждения генератора обеспечивает блок токового контроля, подключая обмотку возбуждения ВБД к внешнему источнику питания , – аккумуляторной батарее.

6. Функции диагностики и контроля напряжения питания, исправности аппаратуры

ШУВГ, контроль работы программы кассеты КРУ. Если система диагностики

выявляет неисправность основного канала регулирования, в работу автоматически вводится резервный канал, если отказали оба канала, отключается выключатель генератора.

7. Сервисные функции, обеспечивающие интерактивный режим общения с

оператором, обмен информацией с АСУ-ТП станции, а также

выполнение работ по наладке и вводу в работу ШУВГ-220.

Компаундирование нефти - Что такое Компаундирование нефти? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

§

Программный модуль защит входит в каждый канал регулирования, при этом оба модуля защит всегда находятся в работе независимо от состояния канала регулирования (канал в работе или в резерве) и выдают выходные воздействия одновременно.

Каждый модуль защит содержит набор защит системы возбуждения и защит генератора, связанных с возбуждением.

В него входят:

1. Защита от потери возбуждения,реализуется двумя способами.

1.1 При потере сразу двух каналов регулирования, в случае отключения автоматов SF3 и SF4 или автомата SF5 система управления кассетой КРУ подает импульс на гашении поля и отключения выключателя генератора.

1.2 Защита от потери возбуждения, действующая по принципу контроля реактивной мощности генератора. В режиме работы без возбуждения генератор потребляет индуктивную мощность из системы величиной, близкой к Qном, и для выявления режима потери возбуждения уставка срабатывания ЗПВ по реактивной мощности генератора должна больше 0,6 Qном, отрицательная; при этом дополнительно контролируется, что ток возбуждения возбудителя IВВ ≤ 0,1IВВ ном. Время действия защиты – 2сек, действие – на отключение выключателя генератора и гашение поля.

3. Защита от КЗ в схеме вращающегося возбудителя. предназначена для действия при междуфазных КЗ в обмотке якоря возбудителя ВБД или пробое вращающихся диодов. Поскольку замерить непосредственно ток в цепи ротора замерить невозможно, короткое замыкание выявляется по возникновению в токе возбуждения возбудителя пульсаций переменного тока частотой 400 ÷ 800 Гц. Защита срабатывает при увеличении амплитуды переменной составляющей частотой 400÷800 Гц в токе возбуждения возбудителя ~ IВВ ≥ 0,1÷1,0 о.е.

4. Токовая отсечка возбудителя. действует по увеличению тока возбуждения возбудителя свыше 2,6 IВВном. во всех режимах работы генератора. Ток защиты замеряется на стороне выпрямленного напряжения тиристорных преобразователей возбуждения возбудителя.

5. Защита от перегрузки тока возбуждения. Защита реализуетдопустимую времязависимую характеристику перегрузки тока ротора генератора. Ввиду невозможности замерить непосредственно ток ротора генератора, перегрузка выявляется по увеличению тока возбуждения возбудителя в соответствии с его времязависимой характеристикой допустимого перегруза, соотнесенной с характеристикой тока ротора.

6. Защита от повышения напряжения статора генератора в режиме холостого хода. Уставка защиты Uсраб. ≥ 1,2 Uном. Выходное воздействие – гашение поля генератора отключением автоматов SF3 и SF4.

7. Защита от снижения частоты генератора в режиме холостого хода. Уставка защиты fсраб. ≤ 45 Гц. Выходное воздействие – гашение поля генератора отключением автоматов SF3 и SF4.

Все защиты возбуждения, действующие на включенном в сеть генераторе, выдают через платы отключения ПО1 и ПО2 сигналы на гашение поля отключением автоматов SF3 и SF4 тиристорных преобразователей и через отдельные реле выходное воздействие на отключение выключателя генератора.

Раздел 4

Математическое моделирование процесса компаундирования товарных бензинов с учетом реакционной способности компонентов смеси

240…280 В и улучшить их по сравнению с известными в литературе способами.

Проведенные исследования показали, что способ электрохимического полирования деталей из хромоникелевых сталей в режиме нестационарного электролиза позволяет достичь при обработке деталей из нержавеющей стали 12Х18Н10Т среднеа-

рифметического значения параметра шероховатости 0,062 мкм, что на 21 % меньше, чем было получено по известному ранее способу полирования [5]. Максимально возможная отражательная способность поверхности согласно приведенному выше способу, улучшена по сравнению с аналогом [5] примерно в 1,3 раза и составляет у=38,3-10-3.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1987. -232 с.

2. Папилов Л.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов. – М: Машиностроение, 1982. – 399 с.

3. Дураджи В.Н., Брянцев И.В., Товарков А.К. Исследование эрозии анода при воздействии на него электролитной плазмы // Электронная обработка материалов. – 1978. – № 5. – С. 13-17.

4. Пат. 2118412 РФ. МПК8 C25F 3/24. Способ электрохимического полирования изделий из хромоникелевых сталей / А.С. Ста-

вышенко, П.Е. Наук, С.В. Скифский. Заявитель и патентообладатель Тюменский государственный нефтегазовый университет. – 97106310/02; заявл. 24.04.97; опубл. 27.08.98, Бюл. №24. – 11 с.: ил.

5. А.с. 1700110 СССР. МКИ3 C25F 3/16. Способ полирования изделий из хромоникилиевых сталей / В.К. Станишевский, Л.М. Семененко, В.Н. Тихоновский, А.А. Кособуцкий, А.Э. Паршуто, В.А. Хлебцевич, Л.С. Величко. Заявитель Белорусский политехнический институт. – № 4131156/02; заяв. 03.07.86; опубл. 23.12.91, Бюл. № 47. – 3 с.

Поступила 25.12.2008 г.

УДК 665.633

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОМПАУНДИРОВАНИЯ ТОВАРНЫХ БЕНЗИНОВ С УЧЕТОМ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ КОМПОНЕНТОВ СМЕСИ

А.В. Кравцов, Э.Д. Иванчина, Ю.А. Смышляева

Томский политехнический университет E-mail: julep@sibmail.com

Изложен новый подход к расчету процесса приготовления товарных бензинов с использованием компьютерной моделирующей системы. Выполнен анализ влияния межмолекулярных взаимодействий компонентов смеси на неаддитивность их свойств с учетом особенностей заводских технологий и состава перерабатываемого сырья.

Ключевые слова:

Математическое моделирование, процесс компаундирования, товарный бензин, октановое число, межмолекулярное взаимодействие, дипольный момент.

В схеме современного нефтеперерабатывающего завода всегда присутствует процесс компаундирования товарных бензинов. Этот процесс обеспечивает получение высокооктанового бензина, отвечающего требованиям ГОСТ. В то же время для повышения качества получаемого бензина и его выхода постоянно ведётся поиск путей совершенствования технологии данного процесса, новых композиций смешения на основе октаноповышающих присадок и добавок. В настоящее время эту задачу пытаются решать как экспериментальными способами (использование высокооктановых компонентов; применение антидетонационных присадок и т. д.), так и методами математического описания оптимизации данного процесса с разработкой систем автоматизации [1, 2]. Оптимизация процесса компаундирования затрудняется отклонением от аддитивности ряда физико-химических свойств компонентов смесей (энтальпийные и энтропий-

ные свойства, испаряемость, детонационная стойкость), а также постоянно меняющимся составом сырья. Принципиальное сокращение времени на компаундирование и повышение эффективности этой стадии становится возможным при использовании метода математического моделирования на физико-химической основе, реализованного в виде компьютерной системы.

Методики расчета октановых чисел

В настоящее время все методики расчета октановых чисел (ОЧ) подразделяются на эмпирические, основанные на статистической обработке опытных данных, и химические, основанные на учете механизма взаимодействия углеводородов, присадок и добавок. Последние обладают рядом преимуществ и позволяют более точно рассчитать ОЧ товарных бензинов, основываясь на физико-

химической сущности процесса компаундирования, а также позволяют прогнозировать новые эффективные топливные композиции.

К основным методикам расчета ОЧ можно отнести методики, основанные на:

• учете покомпонентного и группового углеводородного состава;

• физико-химических показателях;

• реакционной способности компонентов смеси.

Методики расчета ОЧ, основанные на учете покомпонентного и группового углеводородного состава. Первые работы в этом направлении относятся к шестидесятым годам прошлого века. В них для расчета ОЧ были использованы линейные зависимости, а также формулы, базирующиеся на покомпонентном и групповом углеводородном составе XI бензина. Дальнейшее развитие этого рода методов было осуществлено в работе [3], в которой октановые числа смесей рассчитывались по более сложным зависимостям.

В 80-е гг. XX в. приобрели широкое использование зависимости для описания процессов смешения с помощью полиномов второго и третьего порядков следующего вида:

04 = Vа.х. а..х.х. а..,х.х.х, ,

г.мр.щ / , г г / , у г I / , /к г J к > • •• / к

где а;, а, ак – коэффициенты, полученные с помощью уравнений регрессии, построенных по приготовленным в лаборатории бензиновым смесям с использованием симплекс-решетчатого планирования эксперимента [4].

Хотя данные модели позволяют достаточно точно рассчитать октановое число смеси, практическое их использование при оперативном компаундировании бензинов на нефтеперерабатывающих заводах связано со значительными трудностями, обусловленными большим числом коэффициентов.

Методики расчета октановых чисел бензинов на основе физико-химических показателей. Октановое число является показателем, косвенно отражающим химический состав топлива, и может быть рассчитано по физико-химическим показателям качества моторного топлива.

В работе [5] были проанализированы корреляционные связи между октановым числом и физико-химическими показателями качества бензина прямой перегонки из смеси восточных и ухтинских нефтей и являющегося одним из массовых компонентов автомобильных бензинов А-72, А-76.

Исследовались основные, измеряемые на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), показатели качества – 12 показателей. Анализ коэффициентов парных корреляций показал, что существенные корреляции наблюдаются между октановым числом и показателями фракционного состава, давлением насыщенных паров, плотностью. В работах [4, 5] были предложены формулы расчета на основе зависимостей октановых чисел от различных

показателей (фракционного состава, давления насыщенных паров, плотности, содержания серы, показателя преломления и т. д.), представленные в виде уравнений линейной регрессии.

Общий недостаток данных формул – значения коэффициентов должны быть определены для каждой конкретной установки и пересчитываться при существенном изменении углеводородного сырья.

Методики расчета октановых чисел бензинов на основе реакционной способности компонентов смеси. При производстве бензинов смешением фракций различных процессов большое значение имеют так называемые октановые числа смешения, которые отличаются от действительных октановых чисел отдельных компонентов. Октановые числа смешения не являются постоянными даже для пар компонентов стабильного группового углеводородного состава, так как в зависимости от концентрации индивидуального углеводорода в бинарной смеси изменяются и его октановые числа смешения [6].

На практике часто октановые числа смесей рассчитывают по правилу аддитивности, т. е. суммируя произведения октанового числа каждого компонента на долю его в смеси. Однако простой расчет показывает, что погрешность в таких случаях превышает допустимую, согласно требованиям к повторяемости моторного метода ГОСТ 511-82 (табл. 1).

Таблица 1. Октановые числа стабильного катализата для установки ЛЧ-1000

Дата Экспериментальные данные Расчетные данные по закону аддитивности Погрешность

ОЧИ ОЧМ ОЧИ ОЧМ ОЧИ ОЧМ

01.07.2008 96,0 86,1 86,3 76 , 8 9,7 9,3

05.07.2008 95,9 86,0 88,8 76,7 7,1 9,3

10.07.2008 91,2 82,9 80,1 79,6 11,1 3,3

15.07.2008 89,8 77,8 81,2 69,5 8,6 8,3

25.07.2008 88,5 78,7 78,6 69,2 9,9 9,5

30.07.2008 87,0 76,8 79,3 67,6 7,7 9,2

01.08.2008 88,9 79,6 78,8 70 ,9 10,1 8,7

05.08.2008 89,8 78,9 79,6 71 ,2 10,2 7,7

10.08.2008 90,8 80,4 80,9 72,1 9,9 8,3

31.08.2008 94,1 82,1 84,3 71 , 6 9,8 10,5

Нами предпринята попытка описать природу процесса компаундирования, на основании анализа причин отклонения октановых чисел смешения. Впервые в работах А.М. Бутлерова было указано, что свойства атомов и молекул, находящихся в составе молекулы какого-либо соединения, отличаются от свойств их в свободном состоянии, то есть что атомы и молекулы взаимно влияют друг на друга, изменяя свои свойства. Энергия связи между двумя молекулами, в свою очередь, зависит от вида и природы молекул, связанных друг с другом. Существенную роль на взаимное влияние молекул оказывают силы Ван-дер-Вальса. Как известно, эти силы имеют три составляющие: ориентацион-ное, индукционное и дисперсное взаимодействие.

Ориентационное взаимодействие проявляется, если вещество состоит из полярных молекул – диполей. Чем более полярны молекулы, тем сильнее они притягиваются и тем сильнее ориентационное взаимодействие. Для углеводородов бензиновой фракции характерно неравномерное распределение электрических зарядов в молекуле. В одной части молекулы могут преобладать положительные заряды, а в другой отрицательные. Дипольный момент является численным выражением поляризации молекул. При этом можно учитывать тот факт, что наличие диполя у молекулы приводит к тому, что определенные взаимные расположения одной молекулы относительно другой являются более устойчивыми, по сравнению с остальными. Анализ углеводородного состава бензинов показал, что наибольшей полярностью обладают ароматические углеводороды.

Таким образом, можно сделать вывод, что неаддитивность октановых чисел нефтяных фракций со значительным содержанием таких углеводородов можно объяснить тем, что они в силу своей полярности склонны к межмолекулярному взаимодействию, которое приводит к изменению конфигураций молекул. Как известно, октановые числа напрямую зависят от размера и структурной формы молекул. На основе экспериментальных данных выявлена зависимость отклонения октановых чисел смешения от концентрации углеводородов, наиболее склонных к межмолекулярному взаимодействию:

В = а£С, • Б”,

I

где СI – концентрация углеводородов в смеси, а и п – кинетические коэффициенты, определяющие зависимость интенсивности межмолекулярных взаимодействий от дипольного момента Б. Отличие данной зависимости заключается в том, что коэффициенты а и п определяются индивидуально для каждого углеводорода, соответственно не требуется их пересчет при изменении состава сырья или углеводородного состава компонентов компаундирования.

Представление первого слагаемого разложения в бесконечный ряд с последующим учетом наиболее значимых членов позволяет дать численную интерполяцию данному виду взаимодействия.

В результате мы получаем формулу для расчета октанового числа смеси:

04 = У 04 С С ■ В.

смеси / , 11 I

I

Кинетические коэффициенты рассчитывались по экспериментальным данным решением обратной задачи, то есть изучение взаимодействия между молекулами, исходя из их влияния на макроскопические характеристики многокомпонентных систем [4]. Значения кинетических коэффициентов а и п для бензола составляет 1,376 и 0,691, а для толуола 1,417 и 0,517 соответственно.

Результаты и их обсуждение

На основе вышеизложенной методики, учитывающей природу неаддитивности октановых чисел смеси, была разработана компьютерная программа NewCompaund, позволяющая рассчитать октановые числа товарных бензинов, полученных методом компаундирования. Основной интерфейс программы представлен на рисунке.

С целью оценки адекватности данной математической модели по экспериментальным данным были проведены расчеты октановых чисел отдельных фракций (прямогонного бензина, стабильного катализата, бокового погона К-202, пентан-гекса-новой фракции) по данным промышленных установок различных НПЗ.

Результаты расчетов октановых чисел по моторному и исследовательскому методам приведены в табл. 2-4.

Таблица 2. Октановые числа (по моторному методу) отдельных фракций установки риформинга Л-35-11/1000 (ЛК-6У)

ОЧ сырья ОЧзк,- ОЧ ^ ^расч. ОЧ стабильного катализата ОЧЭКС-ОЧ ^ ^расч. ОЧ бокового погона ОЧЭкс.-ОЧ расч.

Эксп. Расч. Эксп. Расч. Эксп. Расч.

52,0 51,93 0,07 85,8 85,40 0,40 75,3 75,57 0,27

53,0 52,23 0,77 85,0 84,59 0,41 76,0 76,30 0,30

53,7 54,04 0,34 84,4 84,64 0,24 76,6 76,70 0,10

52,0 51,34 0,66 86,0 85,37 0,63 77,7 77,90 0,20

52,2 52,26 0,06 83,3 83,31 0,01 76,5 76,51 0,01

54,0 53,53 0,47 84,0 83,36 0,64 76,9 77,14 0,24

52,8 53,32 0,52 83,2 82,24 0,96 78,3 77,50 0,80

52,0 52,37 0,37 82,0 81,98 0,02 77,4 77,37 0,03

53,0 52,27 0,73 82,9 82,47 0,43 76,5 76,05 0,45

Таблица 3. Октановые числа стабильного катализата Омского НПЗ

ОЧ по и.м. стабильного катализата ОЧ – ^ пэксп. ОЧ ^ ^расч. ОЧ по м.м. стабильного катализата ОЧэксп.-О Ч расч.

Эксп. Расч. Эксп. Расч.

89,6 89,53 0,07 81,0 80,48 0,52

88,3 88,42 0,12 81,3 80,66 0,64

91,0 91,19 0,19 82,5 81,76 0,74

93,0 93,04 0,04 84,6 84,16 0,44

90,9 90,95 0,05 83,2 83,24 0,04

92,5 93,01 0,51 84,6 83,85 0,75

93,6 93,63 0,03 85,3 84,63 0,67

85,2 86,00 0,80 79,5 78,91 0,59

и.м. – исследовательский метод; м.м. – моторный метод

Анализ результатов, полученных по данным Ачинского и Омского НПЗ, показал, что предложенная компьютерная система позволяет рассчитывать ОЧ с погрешностью, не превышающей одного пункта (табл. 1, 2), что соответствует требованиям к повторяемости моторного метода (ГОСТ 511-82).

Рисунок. Интерфейс программы NewCompaund

Таблица 4. Октановые числа бензиновых фракций по данным Ангарского НПЗ

Состав ОЧ по и.м. ОЧЭк,-ОЧ ^ ^расч. ОЧ по м.м. ОЧЭкс.-ОЧ ^ ^расч.

Эксп. Расч. Эксп. Расч.

Бензин 96,1 98,83 2,73 84,1 88,08 3,98

Стаб. бензин 90,2 86,36 3,84 81,7 76,89 4,81

Бензин кат. крекинга 88,7 86,52 2,18 80,2 77,12 3,08

Гидрост. бензин – 92,57 – 87,0 82,76 4,24

Стаб. катализат – 92,83 – 83,5 83,25 0,25

Сырье – 60,86 – 52,1 49,23 2,87

Для бензиновых фракций Ангарского НПЗ наблюдается значительное отклонение расчетных значений ОЧ от экспериментальных (табл. 3). Данную погрешность можно объяснить тем, что предложенная математическая модель расчета ОЧ учитывает межмолекулярное взаимодействие только ароматических углеводородов, в то время как бензиновые фракции Ангарского НПЗ содержат значительные количества олефиновых углеводородов. Был сделан вывод, что содержание олефинов в смеси, молекулы которых также являются полярными, приводит к отклонению от аддитивности октановых чисел смеси. В связи с этим была получена формула для расчета октановых чисел таких смесей, учитывающая неаддитивность при смешении олефиновых углеводородов.

В = Уа. • С . • В”,

/ 1 I от I >

/

где СоМ – концентрация олефинов в смеси; Д – ди-польный момент 1-го олефина.

Таким образом, обобщенная формула расчета октановых чисел фракций, содержащих ароматические и олефиновые углеводороды будет иметь следующий вид:

ОЧ =УОЧ ■ С С ■ В С ■ В .

с.мр.т / , 11 ар ар от от

.

Внесение олефиновых углеводородов в базу данных позволяет проводить расчет смешения фракций не только каталитического риформинга, но и других процессов нефтепереработки. Разработанная компьютерная система дает возможность корректировать октановые числа топливных композиций, рассчитанных по закону аддитивности.

Заключение

Предложена методика расчета октановых чисел смешения, не только учитывающая, но и объясняющая природу возникновения отклонений от аддитивности октановых чисел смеси. На ее основе разработана компьютерная программа для ком-

паундирования товарных бензинов, позволяющая проводить оценку октановых чисел товарного бензина на выходе после узла смешения. Поскольку полученные расчетные кинетические коэффициенты индивидуальны для каждого углеводорода, программа не требует постоянного их пересчета и остается чувствительной к изменениям состава сырья. Использование программы позволяет опти-

мизировать компаундируемые потоки и выбирать необходимое количество присадок и добавок для получения товарного бензина заданной марки. Погрешность расчетов компьютерной системы не превышает одного пункта, что соответствует требованиям ГОСТ 511-82 о воспроизводимости результатов определения октанового числа по моторному методу.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Лисицын Н.В., Гошкин В.П., Поздяев В.В., Кузичкин Н.В. Методология построения системы оптимального компаундирования товарных нефтепродуктов // Химическая промышленность. – 2003. – № 8. – С. 15-20.

Поздяев В.В., Сомов В.Е., Лисицын Н.В., Кузичкин Н.В. Оптимальное компаундирование бензинов // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2002. – № 10. – С. 53-57. Киселев Б.Д., Горелова Н.Л. Расчет октановых чисел прямо-гонных бензинов // Нефтепереработка и нефтехимия. – 1982. – № 3. – С. 10-12.

Жоров Ю.М., Гуреев А.А., Смидович Е.В. Производство высокооктановых бензинов. – М.: Химия, 1981. – 219 с. Левин И.А., Попов А.А., Энглин Б.А. Определение октановых чисел бензинов прямой перегонки по их физико-химическим показателям // Нефтепереработка и нефтехимия. – 1985. -№5. – С. 10-12.

Кравцов А.В., Иванчина Э.Д. Компьютерное прогнозирование и оптимизация производства бензинов. Физико-химические и технологические основы. – Томск: STT, 2000. – 192 с.

Поступила 27.11.2008 г.

УДК 66.011

ФОРМАЛИЗАЦИЯ СХЕМЫ ПРЕВРАЩЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПРОЦЕССЕ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ВЫСШИХ АЛКАНОВ С9-С14 НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛАТИНОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ

Е.В. Францина, Ю.И. Афанасьева, А.А. Функ, Е.Н. Ивашкина, А.В. Кравцов

Томский политехнический университет E-mail: evf86@sibmail.com

На основе квантово-химических расчетов показана термодинамическая вероятность протекания химических реакций в процессе дегидрирования высших алканов С9-С14 и предложен уровень формализации механизма превращений на платиновом катализаторе. Составленная схема превращений стала основой кинетической модели процесса дегидрирования высших алканов С9-С14 на платиновом катализаторе, позволяющей учесть влияние химического состава сырья на эффективность его работыI.

Ключевые слова:

Дегидрирование, углеводородыI, квантово-химические расчетыI, термодинамика, моделирование, линейный алкилбензол.

Начиная с 60-х гг. XX в. в мире резко возросли потребности в различных моющих веществах, которые используются для бытовых нужд и в промышленности. В связи с этим увеличилось производство основного компонента синтетических моющих средств. В настоящее время таковыми являются линейные алкилбензолы и линейные алкилбен-золсульфонаты [1]. Для их производства используют до 75 % от общего потребления алканов [2].

Основным методом производства линейных ал-килбензолов, используемым в промышленности, является дегидрирование н-алканов в алкены в присутствии нанесенных платиновых катализаторов с последующим алкилированием ими бензола. Полученные этим способом алкилбензолы и ал-килбензолсульфонаты обладают удовлетворительной скоростью биохимического разложения в

сточных водах, вследствие чего не загрязняются водоемы и не нарушается работа очистных сооружений.

Для повышения эффективности процесса получения н-алкенов разрабатываются новые катализаторы дегидрирования н-алканов, увеличивающие длительность рабочего цикла, а также проводиться поиск оптимальных технологических параметров проведения процесса (температура, давление, мольное соотношение водород/сырье и т. д.). Перечисленные выше приёмы относятся к типу экспериментальных и требуют крупных экономических вложений и длительного времени. В настоящее время для решения подобных задач используют методы математического моделирования и разработанные на их основе технологические моделирующие системы [3]. Успех применения этих методов

Оцените статью
Adblock
detector