Регулятор частоты и активной мощности типа РЧМ-50

Электрический блок типа РЧМ-50 (рис. 2.5) является частью комбинированной сис­темы регулирования генераторных агрегатов. Первичные двигатели (ПД) генераторных агрегатов укомплектованы штатными статическими регулято­рами частоты (РЧ).

РЧМ-50 совместно с регулятором штатной системы обеспечивает следующие режимы:

· устойчивую длительную автономную и параллельную работу однотип­ных агрегатов, оснащенных аналогичными регуляторами во всем диапазоне нагрузок от 0 до 110 %, а также в импульсном режиме как на статической, так и на динамической характеристиках;

· стабилизацию частоты агрегата в статическом режиме при автономной и параллельной работе на уровне 50 Гц с точностью ± 0,2 % при изменении нагрузки на валу от 0 до 100 %;

· максимальное изменение частоты не более 2 % от номинальной, а про­должительность восстановления частоты до номинальной с точностью ± 0,5 % не более 5 с при сбросах и набросах активной нагрузки, равной 100 % номинальной;

· неравномерность распределения активной мощности в диапазоне нагру­зок от 20 до 100 % суммарной мощности агрегатов не более 5 % номи­нальной мощности меньшего агрегата;

· автоматический выход на работу на надсинхронной частоте до включе­ния генераторного автомата с выдачей сигнала “Надсинхронные обороты”;

· подгонку частоты агрегата к частоте судовой или береговой сети, лежа­щей в диапазоне 95…105 % номинальной со сдвигом 0,4 Гц;

· разгрузку генератора до 0 по специальной команде перед его отключе­нием.

В состав функциональной схемы системы автоматического регули-

рования первич­ных двигателей генераторных агрегатов с РЧМ-50 входят датчик активного тока интегрального канала ДАТ-Р, датчик активного тока канала регулирования по нагрузке ДАТ-Н, частотно-импульсный модулятор ЧИМ, интегратор И; им­пульсный датчик частоты ИДЧ; блок питания БП1 и БП2; блок управления БУ, усилитель У. Интегратор И и усилитель У являются общими и используются во всех режимах работы агрегата.

Для получения требуемых характеристик в динамических и статических режимах работы генераторного агрегата как при автономной, так и при парал­лельной работе в блоке РЧМ-50 объединены два канала регулирования: про­порционально-дифференциальный канал регулирования по возмущению (активной нагрузке) и интегральный канал регулирования по отклонению.

Канал регулирования по возмущению включает в себя датчик активной мощности ДАТ-Н и при параллельной работе – уравнительную связь. Работа канала заключается в формировании сигнала, пропорциональ­ного активной мощности в статических режимах и форсированного в динами­ческих. Данный канал обеспечивает астатическую характеристику агрегата по основному возмущению (активной нагрузке генератора) за счет воздействия электромагнита YА на систему топливоподачи агрегата.

При автономной работе выходная координата электромагнита определя­ется выходным сигналом датчика тока ДАТ-Н, который прямо пропорциона­лен активной нагрузке регулируемого агрегата. Выходной сигнал датчика тока ДАТ-Н поступает на вход электромагнита YА через усилитель У.

Электромагнит YА входит в состав штатного регулятора частоты РЧ и представляет собой электромеханическое устройство, при работе которого обеспечива­ется пропорциональная зависимость между входным током управления и уг­лом поворота якоря электромагнита.

При параллельной работе синхронных генераторов с помощью уравнительной связи между регу­ляторами параллельно работающих агрегатов (контакты К6 замкнуты) на вход усилителя У поступает сигнал, пропорциональный средней мощности нагруз­ки в долях номинальной мощности.

Для отключения канала регулирования по нагрузке применяются контакты реле К2, которые совместно с контактами реле К4 используются для перевода агрегата на работу по статической характеристике.

Интегральный канал регулирования по отклонению участвует в трех режимах работы агрегата:режим стабилизации частоты,режим выхода на надсинхронную частоту, режим распределения активных нагрузок.

Режим стабилизации частоты. Этот режим имеет место как при авто­номной, так и при параллельной работе агрегата, когда регулируемый агрегат является базовым.

Интегральный канал при работе агрегата в режиме стабилизации состо­ит из датчика частоты ИДЧ, интегратора И и усилителя У. Сигнал с ИДЧ в виде прямоугольных импульсов с частотой, равной разности частот агрегата и эталонной частоты, через замкнутые контакты реле К3 и К4 поступает на вход интегратора И. ИДЧ имеет два выхода. Если частота генератора больше этало­нной, занят один выход, если меньше – то другой.

Интегратор состоит из реверсивного счетчика, интегрирующего элемен­та и ЦАП. Два выхода с ИДЧ подсоединены к двух входам реверсивного счетчика. Со счетчика сигнал поступает на ЦАП. ЦАП преобразует двоичный код в аналоговый сигнал, который потом поступает на усилитель У. Поляр­ность сигнала на выходе ЦАП будет зависеть от того, на какой вход счетчика (суммирующий или вычитающий) поступали импульсы от ИДЧ, т.е. от того, в каком направлении изменилась частота на выходе генератора в сторону увели­чения или уменьшения по отношению к эталонной (номинальной).

С выхода интегратора И сигнал поступает через реверсивный усилитель на электромагнит YА, который воздействует на систему топливоподачи до тех пор, пока частота не станет номинальной (эталонной). Как только это произой­дет, сигнал с ИДЧ исчезнет и прекратится движение топливной рейки, она выйдет на новую координату. Активные мощности, генерируемая и потребляемая, выравниваются за счет изменения генерируемой мощности, по­этому частота в системе останется стабильной.

Режим выхода на надсинхронную частоту. При работе генераторного агрегата с отключенным автоматом QF1 предусмотрен вывод агрегата на над­синхронную скорость, для того чтобы создать необходимые условия для син­хронизации генератора перед его подключением на ГРЩ. Для выполнения этого режима на ИДЧ в качестве задающей частоты подается напряжение с эталонной частотой (50 Гц) плюс 0,4 Гц .

Режим подгонки частоты перед синхронизацией. Этот режим работы выбирается перед подключением генератора на параллельную работу. В каче­стве задающей частоты на ИДЧ подается частота, равная частоте сети (на ГРЩ) плюс 0,4 Гц. Этот режим необходим для исключения «зависания» агре­гата при синхронизации, а также для исключения двигательного режима. Со­став интегрального канала при последних двух режимах остается тот же, что и при режиме стабилизации частоты. Работа канала в этих режимах не отличается от работы режима стабилизации частоты.

Режим распределения активных нагрузок. Этот режим имеет место при параллельной работе генераторных агрегатов, когда регулируемый агрегат яв­ляется ведомым.

Интегральный канал при этом режиме состоит из датчика активного тока ДАТ-Р, частотно-импульсного модулятора ЧИМ, интегратора И и усили­теля У.

Подключение интегрального канала в этом режиме происходит переклю­чением входа интегратора с выхода датчика частоты ИДЧ на выход частотно-импульсного модулятора ЧИМ при помощи контакта реле К5. Сиг­нал разности активных нагрузок формируется датчиком нагрузки ДАТ-Р и аналогичным датчиком базового генератора включением их на встречную поляр­ность через уравнительные соединения.

Сигнал с выхода схемы вычитания поступает на вход ЧИМ, который пре­образует этот аналоговый сигнал в прямоугольные импульсы с частотой, пропорциональной величине аналогового сигнала на его входе. ЧИМ имеет два выхода, на то, какой выход будет занят, влияет полярность сигнала на входе ЧИМ, т. е. фактор перегрузки или недогрузки данного генератора по от­ношению к базовому. Форма сигнала на выходе ЧИМ точно такая же, как и на выходе ИДЧ. Сигнал с ЧИМ поступает на интегратор И и далее через усили­тель У на электромагнит и топливную рейку. Движение топливной рейки при­водит к выравниванию активных нагрузок между генераторами.

Если в любом из указанных режимов работы интегрального канала счет­чик выберет свой модуль, т.е. произойдет его переполнение, со специального выхода счетчика поступит команда на запуск серводвигателя, который начнет быстро двигать топливную рейку, и генерируемая мощность генератора будет быстро изменяться в ту или другую сторону. Такой процесс может произойти при резком и значительном падении частоты или при большом дефиците ак­тивной мощности в системе (например, при аварийном отключении генерато­ра).

Все необходимые операции, зависящие от режимов работы агрегата (авто­номная или параллельная работа, ведомый или базовый агрегат и т.п.), связанные с коммутацией указанных в структурной схеме реле К1…К7, опре­деляются с помощью блока управления БУ оператором. Питание всех функ­циональных узлов регулятора осуществляется блоками питания БП1 и БП2. Подсоединение или отсоединение всех уравнительных связей происходит че­рез блок-контакты силового автомата генератора.

Режим автоматической разгрузки генератора. Этот режим выбирает­ся перед отключением генератора для того, чтобы перевести нагрузку с отклю­чаемого генератора на остающиеся генераторы. Так как базовый генера­тор отключать нельзя (не будет стабилизироваться частота в системе), то этот режим допустим только для ведомого генератора. При этом режиме сигнал, поступающий по уравнительной связи в канал распределения, заменяется ну­левым. В результате на вход ЧИМ этого канала поступит все напряжение с ДАТ-Р данного генератора, так как встречное напряжение с ДАТ-Р базового ге­нератора поступать не будет. Произойдет переполнение счетчика, получит пи­тание серводвигатель и быстро прикроет топливную рейку. Это приведет к снижению частоты в системе, среагирует регулятор частоты базового генератора и увеличит топливо, поступающее на его первичный двигатель. Таким образом, произойдет перераспределение активной мощности между ге­нераторами при стабильной частоте.

Унификация РЧМ-50 применительно к различным мощностям агрегатов достигнута за счет введения масштабируемых устройств на входах датчиков тока ДАТ-Н и ДАТ-Р, а также наличия одного сменного узла усилителя У. Смена усилителя вызвана различием исполнительных органов, а также инер­ционных свойств разнотипных генераторных агрегатов. Существует три мо­дификации электрического блока: РЧМ-50-Д, РЧМ-50-Г и РЧМ-50-П. Каждая из этих модификаций предназначена для работы соответственно с дизель-генера­торами, газотурбогенераторами и паротурбогенераторами.

В связи с тем, что диапазоны работы электромагнитов существующих систем автоматического регулирования агрегатов ограничены, было принято следующее решение. Сигналы всех каналов электрического блока РЧМ-50 че­рез усилитель поступают на электромагнит; в случаях, когда зона электромаг­нита YA, выделенная на интегральное регулирование, исчерпывается, форми­руется сигнал подключения серводвигателя М. Это происходит тогда, когда разность частот достигает величины от –5 до +5 % номинальной частоты (при синхронизации и автоматической разгрузке). Серводвигатель М при этом из­меняет поступление энергоносителя в том же направлении, что и электромаг­нит, управляемый интегратором И. В результате реакции всей динамической системы на работу серводвигателя М на входе интегратора И появляется сиг­нал, который выводит его из состояния насыщения (переполнения счетчика), вследствие чего серводвигатель М отключается.

Поскольку отклонение регулируемых величин в системе с каналом по возмущению не велики, интегрирование является длительным процессом, и подключение серводвигателя М происходит крайне редко.

3. УНИФИЦИРОВАННЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА