Техническое предложение

1.   Назначение

Предлагаемое тиристорное пусковое устройство (ТПУ) предназначено для замены существующего разгонного устройства УР-800, необходимого для осуществления частотного пуска серии крупных синхронных машины с нагрузкой в виде газовых турбин. Структурно новое ТПУ построено по аналогичному принципу зависимого инвертора тока (ЗИТ) в виде симметричных нереверсивных трехфазных мостовых тиристорных выпрямителя и инвертора.

Новое пусковое устройство отличается современной элементной базой силовой части, микропроцессорной реализацией системы управления и применением новых алгоритмов управления частотно-регулируемым синхронным электроприводом без датчиков положения и скорости на валу ротора. За счет этого можно повысить надежность пуска, расширить информационно-диагностические возможности устройства. Использовать новое ТПУ для поочередного пуска всех турбоагрегатов станции.

Возможно снижение напряжения питания выпрямителя с 10 кВ на 6 кВ. При этом в случае достижения напряжением статора 6 кВ в процессе разгона совместно с турбиной производится автоматическое ослабление возбуждения генератора. Сохранение или замена существующего реакторного оборудования: на входе выпрямителя, выходе инвертора и в звене постоянного тока; силовых кабельных связей, ячеек высоковольтных выключателей и разъединителей – на усмотрение Заказчика.

Высокая надежность предлагаемой системы управления достигается за счет использования серийных модулей микропроцессорной системы и малого объема аналоговой части с поставкой запасных плат. САУ также обеспечивает автоматическую сборку силовой схемы статора и возбуждения, переключение возбудителя на режим работы с заданием тока возбуждения от ТПУ, автоматическое отключение по достижении заданной скорости 2400 об/мин. Для осуществления связи с органами управления пуском на щите, существующими релейно-контакторными схемами и исполнительными устройствами возможно использование модулей удаленного ввода-вывода, соединенных со шкафом управления при помощи промышленного сетевого интерфейса.

Силовая часть комплектуется на основе современных тиристоров 65 класса, что позволит снизить число последовательно включенных приборов, возможно использование оптической системы для передачи импульсов от САР и контроля открытия тиристоров, датчиков тока и напряжения на выходе инвертора в виде приборов LEM и высоковольтных резистивных делителей напряжения.

Аналоги предлагаемой системы управления в части алгоритмической реализации:

1. На Новолипецком металлургическом комбинате для пуска любого из четырех турбокомпрессоров мощностью 20 МВт и успешно эксплуатируется с 1997 года.
2. На ТЭЦ-29 Мосэнерго в опытно-промышленную эксплуатацию введено тиристорное пусковое устройство мощностью 1 МВт 1.2 кВ для пуска газового турбоагрегата.
3. На Молдавской ГРЭС для пуска любого из двух агрегатов в составе турбины ГТ-35 мощностью 35 МВт и турбогенераторов ТВФ-63 мощностью 63 МВт с силовой частью УР-800.

2.   Система управления и регулирования

Системы регулирования и управления размещены в шкафу управления и аппаратно состоит из следующих блоков:

Специализированное быстродействующее микропроцессорное устройство автоматического регулирования (САР) синхронного привода – контроллер фирмы MicroLabSystems с процессором DSP;

Þ    аналоговые платы нормализации сигналов обратной связи и аппаратных защит, гальванической развязки и усиления импульсов на тиристоры, платы контроля прохождения импульсов на тиристоры;

Þ    модули датчиков электрических переменных – высоковольтные резистивные делители, трансформаторы тока (существующие), LEM-датчики тока;

Þ    программируемый логический контроллер реализации автоматики пуска с набором входных и выходных реле, возможно S7-1200 фирмы Siemens;

Þ    терминал наладки и диагностики на двери шкафа – плоскопанельный компьютер;

Þ    система задания тока возбуждения синхронной машины в процессе пуска – разрабатывается в зависимости от типа существующего возбудителя.

Функционально система управления состоит из:

Þ    собственно системы подчиненного регулирования скорости с внутренним контуром электромагнитных переменных и косвенным формированием сигналов обратной связи – САР;

Þ    алгоритма логического управления исполнительными устройствами и формирования команд на систему регулирования – САУ;

Þ    полного комплекса защит преобразователя частоты и машины;

Þ    человеко-машинного интерфейса для задания параметров и наблюдения переменных в реальном времени;

Þ    вспомогательных функций – ведения архива аварий, статистики, кольцевого диагностического буфера переменных («черного ящика»), формирование осциллограммы пуска в виде файла формата COMTRADE на удаленном сервере при помощи сети Ethernet или SD-карте.

Незначительной доработки потребует возбудитель (совместно со специалистами станции или его разработчиками) в части реализации дополнительного режима работы как источника тока возбуждения, управляемого от САУ УР-800 и переключения на этот режим. Возможно, потребуется коррекция нижнего ограничения тока возбуждения.

Перечень входных и выходных сигналов для связи с автоматикой станции, исполнительными устройствами, источники задания скорости, способ связи с контроллером верхнего уровня (при его наличии) будет определен позднее. Местное управление ТПУ, в том числе команды на включение силовых выключателей в ручном режиме, осуществляется с сенсорного экрана операторской панели.

3.   Функционирование алгоритма управления

Программируемый контроллер способен выполнить автоматический цикл пуска агрегата: после нажатия кнопки «Пуск» собрать силовую схему возбуждения и питания ТПУ, произвести разгон агрегата в соответствии с внешним заданием скорости, выключить ТПУ по достижении заданной скорости или по нажатию кнопки «Выбег» с разборкой силовой схемы.

Разработанный алгоритм управления позволит осуществить пуск неподвижной синхронной машины, вращающейся с помощью валоповоротного устройства или ее подхват на любой скорости в замкнутой системе регулирования. При этом происходит ограничение рывка, ускорения, момента и мощности в соответствии с заданными параметрами. Для косвенного измерения углового положения и скорости машины без датчика на валу применяется алгоритм, позволяющий стабилизировать скорость в диапазоне от 2% номинального значения (Патент РФ № 2074394).

В процессе работы ограничиваются модули тока и напряжения статора, ток возбуждения. Электромагнитный режим машины обеспечивает генерирование реактивной мощности для естественной коммутации тиристоров инвертора.

ТПУ может работать в следующих режимах:

Þ    разгон турбоагрегата под управлением контроллера турбины с промежуточным режимом вентиляции турбины, совместным с турбиной продолжением разгона до скорости 2400 об/мин и автоматическим или принудительным отключением;

Þ    вращение турбоагрегата на любой скорости по заданию от оператора в диапазоне от 2% до такой скорости, при которой максимальный момент генератора не превышает момент вентиляторной нагрузки турбины.

4.   Защиты

Система управления обеспечивает следующие виды защит:

Þ    максимально-токовые по входу и выходу силовой части, программные защиты дублируются аппаратными;

Þ    дифференциально-токовая (сравнение токов на входе и выходе преобразователя);

Þ    защита от перенапряжений на входе и выходе;

Þ    защита от опрокидывания инвертора;

Þ    защита от превышения скорости;

Þ    защита от снижения тока возбуждения;

Þ    защита от стопорения;

Þ    защита от перегрузки силовой части, возбудителя и машины;

Þ    защита от снижения потока охлаждающего воздуха.

5.   Сервисные функции

Система управления снабжается терминалом наладки и диагностики, который устанавливается на двери шкафа. Он позволяет выполнить настройку системы регулирования путем задания параметров, просмотреть переменные в виде числовых значений или осциллограмм, просмотреть состояние дискретных входов, отражающих процесс сборки силовой схемы, и просмотреть архив аварийных сообщений.

Для контроля функционирования САР и САУ применяются вспомогательные тестовые режимы: проверка дискретных входов и выходов в режиме без питания главных цепей – имитация пуска (МВ находятся в испытательном положении); проверка контура выпрямленного тока с закороткой через плечи инвертора, подключенные к одной фазе (специальное управление тиристорами инвертора); проверка контура выпрямленного тока с закороткой на выходе инвертора; проверка контура тока возбуждения.

При работе УР-800 доступны для наблюдения в реальном времени несколько десятков переменных, нефазового характера (одновременно – до 4) на дисплее терминала наладки с необходимой фильтрацией в относительных единицах (для переменных вида с плавающей точкой). Состояние дискретных входов и выходов также может быть определено, что позволяет быстро ответить на вопрос типа: почему не формируется состояние готовности. Наличие программируемых (по назначению и масштабу) аналоговых выходов позволяет вести удаленное наблюдение за процессом пуска (например – из помещения щита управления станции) или при помощи осциллографа наблюдать быстроменяющиеся переменные.

6.   Силовая часть

Силовая часть выполняется в виде двух шкафов: выпрямителя и инвертора. Степень защиты – IP21. Охлаждение – принудительное воздушное. Возможна организация забора воздуха извне помещения. Шкафы комплектуются реле контроля воздушного потока, конечными выключателями дверей и датчиками температуры внутри шкафов. Способ подключения силовых шин или кабелей определяется на этапе проектирования.

Выбор способа передачи импульсов управления от САР до тиристоров (оптический или трансформаторный) определяется на этапе проектирования.