Производство гидроэлектроэнергии преобразует механическую энергию вращения гидротурбины с водяным приводом в электрическую энергию с помощью синхронных генераторов. Системы возбуждения функционируют как “сердце управления” синхронных генераторов. Они регулируют ПОСТОЯННЫЙ ток внутри обмоток возбуждения для регулирования напряжения на клеммах генератора и величины выходной реактивной мощности. Колебания эксплуатационных условий очевидны на гидроэлектростанциях: колебания уровней воды выше по течению, переходы от увеличения нагрузки к уменьшению и помехи на стороне сети, а также процессы подключения энергоблоков к сети и запуска-остановки - все это приводит к резким изменениям нагрузки контура возбуждения. В цехах электростанции круглый год сохраняется высокая влажность и насыщенность водяными парами; в некоторых подземных цехах вентиляция ограничена, и оборудование легко подвергается конденсации росы. В системах возбуждения используются тиристорно-выпрямительные схемы. Процессы выпрямления генерируют мощные гармоники и вызывают перегрев оборудования и явления пульсаций тока. Разработанные для стационарных высокочастотных нагрузок, трансформаторы и реакторы общего назначения не могут выдерживать кратковременные сильные перегрузки и большие пульсации тока в системах возбуждения. В неблагоприятных условиях резко возрастают дополнительные потери и повышается температура. Изделия общего назначения не обладают достаточной влагостойкостью, а характеристики изоляции быстро ухудшаются из-за эрозии водяным паром внутри электростанций. Как только вспомогательные компоненты возбуждения выходят из строя, генераторы страдают от перебоев в возбуждении и скачков напряжения, что приводит к отключению агрегатов от сетей и прекращению электроснабжения гидроэлектростанций. Специально разработанные для условий эксплуатации контуров выпрямления систем возбуждения гидротурбинных агрегатов, трансформаторы специального назначения и реакторы для возбуждения гидроэнергетики обеспечивают стабильное и надежное электроснабжение блоков возбуждения-выпрямителей, контуров снятия возбуждения и блоков регулирования мощности.

Применение трансформаторов и реакторов в сценариях гидроэнергетических систем возбуждения

1.1 Выпрямительный трансформатор, зависящий от возбуждения: преобразование напряжения, гальваническая развязка и выпрямление-согласование контура возбуждения

Выпрямительные трансформаторы для возбуждения служат основными входными компонентами блоков питания возбуждения. Они преобразуют переменное напряжение от домашних систем электроснабжения в переменное напряжение, требуемое мостами с возбуждающим выпрямителем, и обеспечивают согласованную входную мощность для тиристорно-выпрямительных блоков. Гальваническая развязка реализована между высоковольтными контурами электроснабжения дома и низковольтными контурами питания возбуждения, чтобы блокировать помехи на стороне сети и скачки напряжения, непосредственно воздействующие на модули выпрямителя возбуждения, и улучшить помехозащищенность систем возбуждения. Вторичные обмотки трансформаторов в основном состоят из многофазных структур обмоток, взаимодействующих с выпрямительными мостами, чтобы уменьшить пульсации выходного тока выпрямителя и снизить содержание гармоник в контурах возбуждения. При коротких замыканиях контуров возбуждения трансформаторы обладают способностью ограничивать ток короткого замыкания и предотвращают прямое возгорание тиристорных силовых устройств от огромных токов короткого замыкания. Во время подключения агрегата к сети и резких перепадов нагрузки на выпрямительные агрегаты непрерывно подается стабильная мощность. Токи возбуждения могут быстро изменяться, что позволяет осуществлять точный контроль выходного напряжения на клеммах генератора и реактивной мощности и удовлетворять требованиям к регулированию напряжения на стороне сети для гидроэлектростанций.

1.2 Вход системы возбуждения / последовательный реактор: Подавление пусковых токов включения, ограничение токов короткого замыкания и фильтрация гармоник.

Последовательные реакторы устанавливаются на передних концах трансформаторов с выпрямителем возбуждения или на сторонах тиристоров переменного тока. В моменты инициирования возбуждения блока и включения возбуждения они эффективно подавляют пусковые токи включения и защищают компоненты тиристорно-выпрямительного устройства от пробоя токами перенапряжения. Большое количество гармоник низкого порядка, генерируемых во время выпрямления, поступает обратно в системы электроснабжения дома и вызывает перегрев домашнего трансформатора и аномальные показания счетчика. Реакторы ослабляют гармоники, снижают уровень гармонических искажений в системах возбуждения и уменьшают помехи для других устройств автоматического управления и защиты внутри электростанций. При коротких замыканиях на сторонах возбуждения реакторы полагаются на индуктивные характеристики для ограничения скорости нарастания тока замыкания и пиковых величин, выигрыша времени срабатывания устройств защиты от возбуждения и предотвращения распространения неисправностей. В условиях колебаний напряжения в сети и резкого изменения нагрузки на единицу оборудования они также гасят колебания тока в контуре возбуждения, подавляют риски низкочастотных колебаний генераторов и повышают стабильность работы агрегатов и электросетей.

1.3 Реактор для сглаживания возбуждения: Сглаживание токов возбуждения постоянным током, уменьшение пульсаций тока и стабилизация выходных сигналов возбуждения.

Сглаживающие реакторы подключены последовательно внутри контуров возбуждения постоянным током после выпрямительных мостов. Постоянный ток после выпрямления не является чисто постоянным, но содержит очевидные компоненты пульсаций. Пульсации тока вызывают перегрев обмоток возбуждения генераторов, повышенный электромагнитный шум и колебания напряжения на клеммах генератора. Опираясь на характеристики индуктивного накопления-высвобождения энергии, сглаживающие реакторы значительно сглаживают токи возбуждения постоянным током и снижают значения коэффициента пульсаций тока, делая постоянный ток, протекающий в обмотках возбуждения генератора-ротора, более стабильным. Стабилизированные токи возбуждения смягчают колебания напряжения на клеммах генератора и повышают точность регулирования реактивной мощности агрегатов. Между тем, они снижают дополнительные потери ротора, вызванные пульсациями тока, и снижают повышение температуры обмоток возбуждения. Во время процессов снятия возбуждения по причине неисправности агрегата сглаживающие реакторы взаимодействуют с резисторами снятия возбуждения для подавления перенапряжений на контурах ротора и защиты изоляции обмоток генератора-ротора от пробоя.

Основные преимущества продуктов для гидроэнергетического возбуждения по сравнению с промышленными продуктами общего назначения

2.1 Конструкция с антимагнитным насыщением в условиях сильного тока с отличными характеристиками стойкости к кратковременным перегрузкам.

Системы возбуждения гидроэнергетики работают в условиях кратковременных сильных перегрузок. Токи возбуждения могут резко возрастать в течение коротких периодов времени при запуске агрегата и аварийных переходных процессах. Оптимизированные по конструкции с воздушным зазором в активной зоне и магнитной цепью, реакторы с особым возбуждением устойчивы к магнитному насыщению при ударах сильного тока. Параметры индуктивности остаются стабильными и поддерживают функции ограничения тока, сглаживания и демпфирования. Промышленные реакторы общего назначения легко насыщаются при больших токах. Индуктивность быстро уменьшается, и защитные эффекты теряются.

2.2 Конструкция материала сердечника с низкими потерями и высокой магнитной проводимостью Контролирует длительное повышение температуры

Блоки системы возбуждения работают непрерывно круглый год, при этом к оборудованию предъявляются строгие требования к контролю за повышением температуры. Благодаря использованию высококачественных листов кремниевой стали с низкими потерями и оптимизированной схеме намотки катушек, продукты снижают потери железа и меди. Повышение температуры остается контролируемым даже при длительном воздействии гармоник. Трансформаторы и реакторы общего назначения характеризуются большими дополнительными потерями в условиях воздействия гармоник и легко превышают пороговые значения повышения температуры при длительной эксплуатации, ускоряя старение изоляции.

2.3 Влагостойкая изоляция, устойчивая к конденсации росы-процесс, адаптированный к условиям высокой влажности в цехах гидроэлектростанций

В цехах гидроэлектростанций на первом и подземном этажах образуется сильный водяной пар и конденсат росы, вызванный перепадами температур между днем и ночью. В рулонах продукции используются встроенные процессы пропитки под вакуумом и давлением VPI изоляционными материалами, устойчивыми к влаге и частичным разрядам. Благодаря влагостойкому покрытию и конструкции, устойчивой к образованию конденсата, они обладают влагостойкостью и устойчивостью к плесени, а также противостоят эрозии водяным паром внутри электростанций. Не имея влагостойкого армирования, промышленные изделия общего назначения быстро ухудшают изоляционные характеристики в условиях длительной высокой влажности внутри электростанций и создают риск утечки электроэнергии и выхода из строя.

2.4 Конструкция с низким уровнем вибрации и шума для длительной непрерывной работы внутри электростанций

Работа гидротурбины создает устойчивую вибрацию в фундаментах электростанций. Изделия имеют встроенные конструкции, усиленные зажимами. Железные сердечники и катушки плотно скреплены амортизирующими прокладками для снижения электромагнитной вибрации и шума и предотвращения ослабления катушки и истирания изоляции, вызванных длительной вибрацией. Без антивибрационного усиления промышленные изделия общего назначения легко подвержены внутренним расшатываниям и неисправностям с повышенным уровнем шума при длительной вибрации.

2.5 Высокая мощность-компактность-настройка В соответствии с требованиями к компоновке шкафов возбуждения / шкафов питания возбуждения

Номинальная мощность шкафов гидроэнергетического возбуждения высока при ограниченном внутреннем пространстве шкафа. Мы подбираем контурные размеры и мощность намотки в соответствии с чертежами шкафов от производителей комплектующих для возбуждения. Объемный размер оптимизирован с учетом гарантированных показателей электрических характеристик для облегчения интеграции комплектного оборудования и снижения рабочей нагрузки при перепроектировании шкафов возбуждения.

Решенные отраслевые проблемы и прикладные ценности

3.1 Снизить риски повреждения компонентов тиристора, вызванного большими пусковыми токами в контуре выпрямления-возбуждения

Пусковые токи, возникающие при включении возбуждения, и неисправности короткого замыкания являются основными факторами, приводящими к повреждению силовых компонентов тиристора. Комбинированные решения из выпрямительных трансформаторов и последовательных реакторов ограничивают токи перенапряжения и короткого замыкания, защищают основные силовые компоненты и снижают вероятность повреждения энергоблоков с возбуждением, а также сокращают количество событий, связанных с остановом электростанции и ремонтом. Окна для капитального ремонта гидроэлектростанций очень ценны; сокращение времени аварийного отключения увеличивает продолжительность выработки электроэнергии в гидроэлектростанциях.

3.2 Решение проблем, связанных с большими пульсациями тока возбуждения, перегревом, вызванным гармоникой, и колебаниями единичного напряжения.

Гармоники, вызванные выпрямлением, и пульсации тока вызывают перегрев обмотки возбуждения и нестабильность напряжения, а в тяжелых случаях могут вызывать низкочастотные колебания между блоками и электросетями. Совместно оптимизированные трансформаторы возбуждения специального назначения и сглаживающие реакторы сглаживают токи возбуждения постоянного тока, подавляют гармоники и колебания, повышают точность регулирования напряжения генератора и реактивной мощности, гарантируют стабильное подключение энергоблока к сети и удовлетворяют требованиям диспетчеризации электросети.

3.3 Решение проблем с повреждением изоляции компонентов на ранней стадии в условиях высокой влажности внутри гидроэлектростанций

Промышленные компоненты общего назначения не могут адаптироваться к условиям высокой влажности и конденсации росы внутри гидроэлектростанций и имеют короткий срок службы изоляции. Технологии влагостойкой изоляции и усиления в сочетании с антивибрационными конструкциями значительно продлевают срок службы компонентов, снижают затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание систем возбуждения на протяжении всего жизненного цикла и гарантируют непрерывную безопасную выработку электроэнергии гидроэлектростанциями круглый год.

Соответствуя отраслевым стандартам в области гидроэнергетики, наша серия специальных трансформаторов и реакторов для гидроэнергетики прошла испытания на повышение температуры, кратковременные перегрузки и вибрационные испытания. Они подходят для комплектных систем возбуждения малых, средних и крупногабаритных гидрогенераторных установок и широко применяются в проектах гидроэлектростанций на первом этаже и в подземных цехах. Они обеспечивают надежные решения для преобразования мощности и управления стабильностью для систем управления возбуждением гидроагрегатов.