Центробежный регулятор частоты вращения.

Регулятор частоты вращения является первичным регулятором турбины. Он автоматически изменяет дви­жущий момент турбины, воздействуя через регулирую­щий орган на впуск энергоносителя (пара, газа, воды). В качестве регулирующего органа тепловой турбины применяются регулирующие клапаны, а гидротурбины — направляющий аппарат. У поворотно-лопастных гидро­турбин два регулирующих органа: направляющий аппа­рат и лопасти рабочего колеса.

Первоначально, когда электростанции с небольшим количеством генераторов работали на изолированную нагрузку, первичный регулятор имел одно целевое на­значение— поддержание в заданных пределах частоты 114

вращения (угловой скорости) турбины и, следовательно, частоты переменного тока при колебаниях нагрузки. В современных энергосистемах первичный регулятор турбины является одним из основных элементов общей системы регулирования режима по частоте и активной мощности. Его целевое назначение расширилось — по­мимо регулирования частоты он участвует в автоматиче­ском перераспределении активных нагрузок между агре­гатами. Старое название «регулятор скорости» исполь­зуется до настоящего времени.

Рис. 2-5. Принципиальная схема центробежного регулятора часто­ты вращения. а — с жесткой обратной связью; б — с гибкой обратной связью.

Принци­пиальная схема простейшего центробежного регулятора частоты вращения с жесткой обратной связью показана на рис. 2-5,а. Нумерация функциональных элементов со­ответствует рис. 2-4.

Регулятор работает следующим образом. При изме­нении частоты вращения турбины Т, например, в сто­рону уменьшения центробежный маятник / перемещает муфту из А₀ в положение А', а поршень золотникового усилителя 2 из среднего положения вниз. Масло под давлением начинает поступать внижнюю полость гид­равлического исполнительного механизма (ГИМ) 3, а из верхней полости идет на слив. Поршень ГИМ, пе­ремещаясь, воздействует на регулирующий орган турбины, увеличивая впуск энергоносителя. Это регулирую­щее воздействие способствует увеличению частоты вра­щения, т. е. перемещению точек А и С рычага АВ из А' и С" вверх. Одновременно на перемещение точки С ока­зывает влияние перемещение поршня ГИМ благодаря жесткой обратной связи 4. Связь между перемещениями точек , В и С из исходного положения

Регулирование будет продолжаться до тех пор, пока поршень золотникового усилителя 2, а следовательно, и точка С не займут вновь нейтральное положение, при котором окна золотника закрыты, т. е. в установившем­ся режиме Можно принять, что , тогда условие устано­вившегося режима (закон регулирования агрегата

где

- положительный коэффициент статизма.

Если отключить жесткую обратную связь , то по (2-23) однако регулирование будет неустой­чивым, так как поршень золотника будет занимать ней­тральное положение при отсутствии баланса мощностей турбины и нагрузки.

Для смещения характеристики регулирования часто­ты вращения (зависимости f от активной нагрузки) вдоль оси / служит механизм изменения частоты враще­ния МИЧВ. Перемещая с помощью МИЧВ точку М вверх (вручную или автоматически с использованием двигателя Д), воздействуют на поршень золотника, перемещая его вниз. Увеличение впуска энергоносителя приведет к увеличению частоты вращения при работе генератора на изолированную нагрузку. При работе генератора в энергосистеме (при неизменной частоте) с помощью МИЧВ можно изменять нагрузку агрегата в пределах его регулировочного диапазона.

Для астатического регулирования частоты приме­няют вместо жесткой гибкую обратную связь 4 (рис. 2-5,6), состоящую из гидравлического демпфера (цилиндр, заполненный маслом, с поршнем; верхняя и нижняя полости цилиндра сообщаются через трубку с малым регулируемым отверстием) и пружины, обра­зующих так называемое изодромное устройство.

После изменения нагрузки турбины изодромное устройство в начале процесса регулирования ведет себя как жесткая обратная связь (поршень не может быстро переместиться в цилиндре демпфера), чем предотвра­щается перерегулирование. Затем под действием пру­жины, стремящейся вернуться в первоначальное недеформированное состояние, поршень постепенно переме­щается, вытесняя масло из одной полости демпфера в другую. Процесс регулирования закончится тогда, когда поршень золотника и поршень демпфера займут первоначальное положение, т. е. ∆С=0, ∆В=0, а сле­довательно, ∆А=0. Последнее свидетельствует о том, что частота вращения турбины вернулась к первоначаль­ному значению.

Гибкая обратная связь может применяться вместе с жесткой обратной связью для улучшения качества процесса регулирования.

Функциональная схема регулятора частоты вращения.

Рис.2-4. Функциональная схема регулятора частоты вращения.

Применяемые в настоящее время регуляторы часто­ты вращения выполняются как регуляторы косвенного действия с гидравлическими усилителями и, несмотря на существенные конструктивные отличия, имеют одинако­вую функциональную схему (рис. 2-4).

Регулятор содержит следующие функциональные

элементы:

измерительное устройство 1—датчик отклонения ча­стоты вращения агрегата от заданного значения, датчик отклонения частоты напряжения, ускорения или других параметров регулирования;

усилительно-преобразовательное устройство 2 — маг­нитные и гидравлические усилители;

гидравлический исполнительный механизм ГИМ 3, воздействующий через регулирующий орган турбины Т "}ia изменение впуска энергоносителя;

устройство коррекции 4 — жесткая и гибкая обрат­ные связи по положению главного или вспомогательного ГИМ.

задающее устройство 5 — механизм изменения ча­стоты вращения — МИЧВ (иначе — механизм изменения скорости вращения — МИСВ, числа оборотов — МИЧО, механизм регулирования оборотов — МРО, механизм управления турбиной — МУТ).

К вспомогательным устройствам относятся: меха­низм ограничения открытия направляющего аппарата, механизм управления комбинатором поворотно-лопаст­ной гидротурбины и др.

По роду используемых приборов различают следую­щие типы регуляторов частоты вращения:

центробежные, использующие в качестве датчика частоты вращения центробежный маятник;

гидродинамические, использующие в качестве датчи­ка частоты вращения центробежный насос, создающий давление масла, зависящее от частоты вращения тур­бины; центробежные и гидродинамические регуляторы называют гидромеханическими;

электрогидравлические, использующие электриче­ские элементы для построения измерительного устрой­ства, предварительного усилителя, устройства коррек­ции и задающего устройства.

Система регулирования турбины базируется на ПТК, который именуется электронной частью системы регулирования турбины (ЭЧСР). ЭЧСР турбины предназначена для реализации заданных алгоритмов управления турбиной и формирования управляющих воздействий на устройства управления гидравлической части системы регулирования ЭЧСР.

ЭЧСР может работать в следующих режимах:

- режим дистанционного управления механизмами изменения мощности;

- режим автоматического регулирования частоты вращения, мощности, давления пара перед турбиной.

Каналы управления ЭЧСР образуют 2 группы:

- медленнодействующий контур управления (время запаздывания формирования управляющего воздействия – не более 100мс);

- быстродействующий контур управления (время запаздывания формирования управляющего воздействия – не более 20мс).

В медленнодействующем контуре управления реализованы алгоритмы регулирования и контроля:

- частоты вращения ротора турбины;

- мощности турбины;

- давления пара перед турбиной;

- положения клапанов греющего пара;

- температуры пара после сепаратора-пароперегревателя.

С учетом передаточных функций электродвигателей, являющихся интеграторами, регуляторы реализуют пропорционально- интегральный закон регулирования.

Быстродействующий контур управления реализует алгоритмы, предотвращающие разгон турбины при отключении выключателя генератора, отключении энергоблока от энергосистемы и иных ситуациях, приводящих к резкому снижению нагрузки на турбину.

При штатной работе ЭЧСР может работать в двух основных режимах:

- регулирование давления пара перед турбиной;

- регулирование мощности.

Первый режим реализуется, если автоматический регулятор мощности реактора (АРМР) находится в режиме “Н”, второй – если он находится в режиме “Т”.

ЭЧСР реализуется на аппаратуре ТПТС 53. Обмен информацией со смежными подсистемами реализуется по системной шине и шине оперативного обмена. Информация, необходимая для СВБУ, передается по системной шине с указанием меток времени.

Конструктивное выполнение центробежных регуля­торов для гидравлических и тепловых турбин различно. Для тепловых турбин усилие на выходе регулятора, управляющее клапанами впуска пара, сравнительно не­большое, и его удается обеспечить с помощью одного каскада гидроусилителя. В гидравлических турбинах эти усилия больше, поэтому применяются два и более каскадов гидравлических усилителей.