2.1.3. Электрогидравлические регуляторы частоты вращения гидрогенераторов

Электрогидравлические АРЧВ состоят из двух частей: электриче­ского регулятора частоты и гидравлической исполнительной части, свя­занной с регулятором электрогидравлическим преобразователем (ЭГИ) его выходного тока в механическое воздействие на гидротурбину.

По алгоритмам функционирования, способам его формирования и техническому исполнению различаются два основных вида электроги­дравлических регуляторов (ЭГР) частоты:

• с ПИ-алгоритмом (рис. 3.8), его формированием функциональ­ной обратной связью, охватывающей последовательно соединенные указанные две части ЭГР (см. рис. 3.5,а), и выполнением на тран­зисторных (прежних выпусков на магнитных) усилителях (регуля­торы типов ЭГР-1Т и ЭГР-М соответственно);

• IIИД-регулятор с формированием алгоритма электрической ча­стью ЭГР, т.е. собственно электрическим регулятором, выпол­няемый на интегральных микросхемах типа ЭГР-2И.

Структурная схема. АСРЧВ (рис. 3.9) с ЭГР-2И содержит схему соб­ственно регулятора АР и схему электрогидравлической исполнительной части ГИУ, представляющей собой, благодаря главной (для нее) жесткой отрицательной обратной связи ГООС гиу, замкнутое автоматическое следящее [за выходным током I_p(р) регулятора на входе ЭГП] устрой­ство (следящий регулятор): ток I_p(р) является задающим предписанное для следящего регулятора, значение регулирующего воздействия. Его функционирование аналогично действию следящего золотника СЗ (см. рис. 3.6) гидродинамического АРЧВ турбогенератора. В связи с от­носительно малой постоянной времени эквивалентного апериодического звена, замещающего исполнительную часть, она практически не влияет на переходные процессы в замкнутой АСРЧВ.

Пропорционально-интегральная составляющая алгоритма регули­рования формируется функциональной отрицательной обратной свя­зью, охватывающей только электронный интегрирующий усилитель ЭИУ. Переключаемая обратная связь (контакты К1,К2) обеспечива­ет : гибкая реализуемая реальным дифференцирующим звеном (см. рис. 3.5,б,г), действие регулятора как астатического; жесткая реали­зуемая безынерционным звеном (К_о.с.), — как статического, а комбини­рованная обратная связь — функционирование регулятора как статиче­ского с интенсивным затуханием переходного процесса.

Пропорционально-интегрально-дифференциальный алгоритм авто­матического регулирования в целом обеспечивается параллельным под­ключением электронного дифференциатора ЭД (на рис. 3.9) на входе электрического регулятора (см. рис. 3.5,г).

Еще одна особенность структурной схемы регулятора. ЭГР-2И (рис. 3.9) — ввод воздействия ΔР(р) от автоматического регулятора мощности (АРМ) непосредственно в ЭГП, обеспечивает быстродействие его реализации: в прежних ЭГР воздействие от АРМ вводилось на вхо­де регулятора и его исполнение зависело от инерционности регулятора в целом. Одновременный ввод воздействия от АРМ в цепь гибкой от­рицательной обратной связи (см. рис. 3.8) снижал указанную инерцион­ность.

Поэтому ЭГР имеют (рис. 3.10 и 3.11) независимые устройства из­менения предписанных частоты и мощности — механизмы изменения частоты МИЧ и мощности МИМ вместо одного механизма управления турбиной МУТ гидродинамических регуляторов (см. рис. З.6).

Рисунок посмотри и добавь

Указанные дна вида автоматических регуляторов различаются элек­трическими измерительными преобразователями частоты напряжения гидрогенератора и по схеме их подключения. В ПИ-регуляторах применяются пассивные ИПЧ в виде параллельного LC контура (см. рис. 3.10) или двойного Т-образного RС-моста, представляющие собой узкополосные заграждающие частотные фильтры с нулевой настрой­кой при номинальной промышленной частоте, имеющие одинаковые амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристи­ки [8]. Они подключаются к напряжению измерительного синхронного мини-генератора ИГ с возбуждением постоянным магнитом, располо­женного на валу турбины.

В ПИД-регуляторе используется активный интегрирующий ИПЧ на управляемых электронных интеграторах, подключаемый к измеритель­ному трансформатору напряжения гидрогенератора ТV (рис. 3.11).

Реальный резонансный ИОЧ выполняется как компенсированный но активному току параллельный LC-контур (см. рис. 3.10,а). Компенса­ция обеспечивается включением двух первичных обмоток трансреактора ТАV в цепь контура и в цепь компенсации с резистором R, сопроти­вление которого равно эквивалентному сопротивлению контура R_э при резонансной частоте, равной номинальной промышленной ƒ_ном: одина­ковые токи 1_а и 1_R создают в обмотках МДС разных знаков, поэтому ЭДС трансформатора Е_тр = 0. Ври снижении или повышении часто­ты ЭДС определяется только реактивной — соответственно индуктив­ной I_L или емкостной I_C составляющей тока I_P резонансного конту­ра, находящимися в противофазе (рис. 3.10,б). Совместно с элементом сравнения фаз непрерывного действия ЭСФНД [8] ЭДС транcреактора Е_тр и напряжения синхронного генератора U_ƒ LC-контур образует измерительный орган частоты (ИОЧ) с непрерывной характеристикой (рис. 3.10,6). Такие же характеристики имеет, как указывалось, и из­мерительный орган с ИGЧ в виде двойного Т-образного RC-моста с ну­левой настройкой.

Особенностью измерительной части ЭГР первого из указанных двух видов является суммирование сигналов от ИПЧ, цепи жесткой обратной связи, установочных сигналов но частоте и мощности на переменном токе в пассивном сумматоре сигналов ПСС перед элементом сравнения фаз. Ври этом ЭДС трансреактора Е_тр, напряжение жесткой обрат­ной связи U_о.с и ЭДС от МИЧ и МИМ всегда синфазны (совпадают по фазе или находятся в противофазе). Их источниками служат элек­тромеханические измерительные преобразователи углов поворота валов направляющего аппарата турбины и редуктора, электродвигателей М1, М2 в ЭДС в виде заторможенных синхронных микромашин, возбужда­емых напряжением синхронного генератора— сельсинов ВG1-ВGЗ (на. рис. 3.10,а для примера обозначена. ЭДС Е__ол) [8].

РИСУНКИ

Поэтому постоянная составляющая U_о.п напряжения на выходе ЭСФНД определяется абсолютным значением суммы указанных ЭДС, которые смещают характеристику ИОЧ но оси частоты ƒ (показано на рис. 3.10,6 штрихпунктирными линиями).

Реальный пассивный RC-дифференциатор (с переключаемыми по­стоянными времени) гибкой обратной связи (электрического изодрома), формирующий сигнал по производной действующего значения ЭДС Е_о.с, естественно функционирует на постоянном токе: дифференцирует выде­ленную частотным фильтром ZF нижних частот постоянную составля­ющую Н_о.с напряжения на выходе выпрямителя VC. Поэтому в функци­ональной схеме (см. рис. 3.10,п) предусмотрен суммирующий усилитель СУ сигналов постоянного тока от измерительной части (U_о.и и гибкой обратной связи и_о.с.

Электрогидравлический преобразователь ЭГП представляет собой магнитоэлектрическое устройство преобразования значения и знака то­ка регулятора I_р в поступательное перемещение штока золотника ги­дравлического двигателя направляющего аппарата турбины. Он состо­ит из собственно электромеханического преобразователя тока в переме­щение якоря электромагнита и гидравлического усилителя в виде сле­дящего золотника, аналогичного СЗ измерительного преобразователя частоты вращения гидродинамического АРЧВ тепловой турбины (см. рис. 3.6) [8, 13].

Функциональная схема современного ПИД-электрогидравлического регулятора частоты вращения гидрогенераторов на интегральных ми­кросхемах типа ЭГР-2И (рис. 3.11) содержит интегрирующий измери­тельный преобразователь частоты ИПЧ напряжения генератора U_г =U_ƒ в электрический сигнал в виде изменяющегося напряжения постоянного тока U_оиƒ.

Он выполнен на двух управляемых интеграторах АJ1,AJ2 [8].

Управление производится парафазнымн напряжениями U_у1 ,U_у2 с пря­моугольной формой кривой на выходах аналого-дискретного АДП преобразователя синусоидального напряжения синхронного генератора. Ин­тегрируется постоянное напряжение U_о = соnst, в течение каждого из полупериодов напряжения U_ƒ. Например, в положительный полупериод, в течение которого напряжение U_у1 положительно, а U_у2 отрицатель­но, работает интегратор АJ1: транзистор VТ1 закрыт, а VТ2 открыт, а. в отрицательный полупериод — интегратор АJ2. Напряжение и_иƒ на выходе ИПЧ линейно нарастает с нуля в каждый полупериод и его постоянная составляющая U_оиƒ пропорциональна длительности периода промышленной частоты, т.е. обратно пропорциональна частоте .

Элемент сравнения непрерывного действия ЭСНД, выполняющий и функцию ФНЧ, выделяющего указанную постоянную составляющую на­пряжения U_ƒу сопоставляет ее с установленным напряжением U_ои по­ступающим от МИЧ и отображающим предписанную частоту регулято­ра (его уставку но частоте). Выходное напряжение U_ои измерительного органа частоты ИОЧ изменяется по абсолютному значению и по знаку в зависимости от снижения или повышения относительно предписанной частоты напряжения синхронного генератора U_ƒ т.е. частоты вращения гидрогенератора. Характеристика ИОЧ аналогична показанной харак­теристике 1 на рис. 3.10,6.

Элемент задания уставки регулятора но частоте МИЧ выполнен в виде специализированного элемента длительной аналоговой памяти, по­казанного на. рис. 3.11 условно в виде интегратора АJ3 управляющего сигнала U_ƒч, запоминающего конденсатора С и повторителя напряже­ния АU. Реально применяется типовой интегрирующий электродвигательным с импульсным управлением задающий элемент , входящий в состав агрегатированного комплекса электрических средств регулиро­вания (АКЭСР-2) в микросхемном исполнении (см. рис. 4.1) [6] .

В измерительную часть ЭГР-2И входит, как указывалось, активный (близкий к идеальному) дифференциатор AD выходного напряжения U_0и измерительного органа частоты, формирующий Д-составляющую алгоритма автоматического регулирования. Его выходной сигнал, ото­бражающий производную частоты, как и сигнал ИОЧ, поступает на сум­мирующий интегрирующий усилитель СИУ АWJ. На другие его вхо­ды приходят сигналы функциональной обратной связи: жесткой ЖОС и гибкой ГОС, выполненной в виде реального дифференциатора АDR. Функциональная ГОС, охватывающая указанный усилитель AWJ, опре­деляет ПИ-составляющую алгоритма автоматического регулирования.

Взаимодействующие описанные функциональные элементы и образуют электрический автоматический регулятор частоты АР.

Электрогидравлическое исполнительное устройство ГИУ состоит из суммирующего усилителя регулирующего воздействия АР — тока I_P воздействий в виде токов I_м, I_с от МИМ и от цепи главной (для ГИУ) отрицательной обратной связи ГООС гиу, источником сигнала которой служит поворотный трансформатор ПТ, установленный па. выходе ги­дравлического исполнительного механизма ИМ, а именно сочлененный с валом направляющего аппарата, турбины Т.

Переменное напряжение трансформатора, изменяющееся по абсолют­ному значению в функции угла его поворота, выпрямителем VS преобра­зуется в постоянное, возбуждающее ток I_оc .

Электрогидравлический преобразователь ЭГП, как указывалось, связывает электрическую и гидравлическую части ЭГР. Все электрогидравлические регуляторы снабжены вторым измерительным преобра­зователем частоты ИПЧ (на схемах не показан) напряжения на шинах электростанции, используемым при подготовке гидрогенератора к син­хронизации [11]. Поэтому ЭГР выполняют функцию уравнителя ча­стот ЭДС генератора н указанного напряжения. Они обеспечивают автоматическое управление и установление необходимой для четкого действия автоматического синхронизатора частоты скольжения генера­тора [13].