устройства автоматического регулирования. Устройства авт-го регулирования. Устройства автоматического регулирования
 Скачать 2.55 Mb.
|
|
Управление батареями конденсаторов (БК) Управляя батареями конденсаторов, можно уменьшить колебания напряжения на шинах подстанции… Применяются специальные емкости для выработки Q. По своему действию они эквивалентны перевозбужденному СК. Мощность конденсаторов в одном элементе составляет 4-10 кВАр. Из них собирают батарею требуемой мощности. Обычно батарею включают по схеме "треугольник". При отключении конденсаторов необходимо, чтобы они разрядились на R автоматически. Разрядное сопротивление должно быть таким, чтобы при отключении не возникало перенапряжений на зажимах конденсаторов. Достоинства БК: - малые потери (0,0025-0,005) кВт/кВАр; - просты в эксплуатации; - простота производства монтажных работ. Недостатки: - зависимость Q=U2C10-3 кВАр; - недостаточная прочность. В практике эксплуатации применяют разные схемы автоматики управления БК – в зависимости от значения напряжения на подстанции, тока нагрузки, направления реактивной мощности в линии. Эти схемы по тому или иному признаку поддерживают экономически выгодное напряжение на шинах. При наличии стабильных суточных графиков нагрузки (для промышленных предприятий они существенно не отличаются) применяют схемы регулирования по заранее заданной программе. Признаки, по которым можно управлять БК: по напряжению на подстанции; по току нагрузки; по направлению реактивной мощности в питающей линии; схема управления по заданной программе Регулирование может осуществляться по cos. Управление БК может быть одноступенчатым. В этом случае схема автоматического управления содержит 2 реле напряжения и 2 реле времени (10-20с). Достоинство: простота. Недостаток: большие зоны нечувствительности и колебания напряжения. Для более плавного регулирования напряжения применяют схемы, в которых отключение и включение конденсаторов осуществляется несколькими ступенями. Например, регулятор "Аркон". Его измерительная часть аналогична АРТ-1Н. Регулятор выявляет направления воздействия (на вкл. или откл.). Подлежащая включению или отключению секция батарей определяется логическим алгоритмом приставок. Могут быть равные мощности конденсаторных батарей, тогда секции включаются поочередно. Могут быть неравные мощности секций, что позволяет повысить число ступеней регулирования. Например, 3 секции с соотношением мощности 1:2:3 позволяет получить 7 ступеней регулирования (при этом усложняется алгоритм управления). В настоящее время у нас и за рубежом для поддержания баланса мощности по Q не только в установившемся, но и при переходных режимах, разработаны статические тиристорные управляемые компенсаторы – СТК. Причем, они не только могут генерировать, но и потреблять реактивную мощность. Простейший – конденсаторный СТК с дискретным регулированием осуществляет коммутацию конденсаторов тиристорами. СТК прост, экономичен, хорошие условия коммутации (без бросков тока и перенапряжений, нет высших гармоник в токе. Но плохая точность регулирования. Число ступеней в системе электроснабжения может быть 7-11, в ЭЭС для повышения устойчивости и предела передаваемой мощности – 20-30. При непрерывном регулировании (на практике только для реакторов), изменение Q производится путем изменения угла включения тиристоров, т.е. регулируется потребляемая реактивная мощность. Ступенчатое изменение реактивной мощности осуществляют путем подключения конденсаторных батарей. "Плюс" – высокая точность регулирования, благоприятный режим для тиристоров в цепи с реактором, высокое быстродействие. "Минус" – наличие высших гармонических. Для снижения потребления реактивной мощности мало загруженные ЭД нужно менять на ЭД меньшей мощности. Потребляемая двигателем реактивная мощность при номинальной нагрузке: Реактивная мощность, потребляемая двигателем из сети при работе на ХХ: QХХ = 3UНIxx. Для ЭД с cos=0,91-0,93 QХХ составляет примерно 50% от QН, а для ЭД с cos=0,77-0,79 около 70%. Если средняя загрузка ЭД составляет менее 45%, то замена на менее мощный ЭД всегда целесообразна и проверки расчетами не требует! При коэффициенте загрузки более 70% - не целесообразна. Второй путь – понижение напряжения у мало загруженных ЭД путем переключения обмоток с "треугольника" на "звезду". При этом его мощность снизится в 3 раза. Третье мероприятие – ограничение режима холостого хода ЭД. Автоматические регуляторы частоты вращения Первичные регуляторы Регуляторы, осуществляющие процесс регулирования, не требуя для своей работы постороннего источника энергии – регуляторы прямого действия. Например, регулятор числа оборотов двигателя внутреннего сгорания с помощью центробежного регулятора прямого действия. Они просты и надежны, поэтому могут быть предпочтительны. Однако это не всегда возможно. Например, при регулировании высокой температуры применение манометрических термометров исключено. Применяют термопары, которые дают очень слабый сигнал. Требуется усилитель. Введение усилителя позволяет реализовать любые усилия, скорость перемещения привода исполнительного механизма. Энергия для усилителя может быть электрическая, гидравлическая, сжатого воздуха, пара… Регуляторы, содержащие в цепи регулирования усилители, называют регуляторами непрямого действия. Они имеют серьезное преимущество: универсальность использования для автоматического регулирования самых разных объектов. Статическое и астатическое регулирование. Изодром. Приведенный выше регулятор работает с определенной статической ошибкой. Чем больше нагрузка, тем больше должен быть ход рейки топливного насоса (в стороны увеличения подачи топлива). Но для этого должно измениться положение муфты регулятора, связанного жестко с рейкой насоса. Новое же положение муфты может быть только при другом числе оборотов, при котором результирующая сила упругости пружины, веса муфты и грузов регулятора будет уравновешивать центробежную силу, возникающую при вращении этих грузов. Новое значение частоты вращения будет меньше старого. Это статический регулятор. Регулятор непрямого действия с гидравлическим усилителем (ГУ). ГУ состоит из золотникового усилителя и поршня. Для усиления используется энергия жидкости под высоким давлением. Золотник сервомотора может находиться в среднем положении, перекрывая доступ масла в полости цилиндра, только вполне определенном положении муфты центробежного регулятора, т.е. при одном значении числа оборотов N1. Любое изменение "N" вызывает перемещение тарелок золотника и, соответственно, поршня цилиндра: обороты снизились, тарелки золотника пошли вверх, соединяя верхнюю полость цилиндра со средней полостью золотника (высокое давление), а нижнюю полость цилиндра – с областью низкого давления ("слив"). Поршень движется вниз, увеличивая подачу топлива в двигатель и, соответственно, двигатель начинает увеличивать обороты. Такое движение будет до тех пор, пока не будет установлено заданное число оборотов N1! При этом вновь будут перекрыты окна золотника. Здесь положение регулирующего органа (поршня) не связано жестко с величиной регулируемого параметра, т.к. при данном числе оборотов N1 положение поршня сервомотора и рейки насоса может быть любым. Это астатический регулятор. Здесь применен гидроусилитель с золотником и поршневым исполнительным механизмом. Но может быть и электромагнитный или пневмоусилитель. Закон регулирования будет астатический. Устранение статической ошибки связано с введением интеграла в закон регулирования. Интегрирующим звеном здесь является гидродвигатель с золотниковым управлением. Скорость перемещения поршня ГД пропорциональна величине открытия окон золотника. Астатические регулятора как прямого, так и непрямого действия очень часто в динамическом отношении (в переходном процессе) уступают статическим. Поэтому применять их следует там, где недопустимо иметь даже малую статическую ошибку. В других случаях предпочтение отдается статическим системам регулирования. Статические регуляторы Астатический регулятор можно сделать статическим, если установить однозначную зависимость между положением регулирующего органа и значением регулируемого параметра ("N" в данном случае). Для этого нужно ввести дополнительно обратную связь. Её действие заключается в том, что она передает воздействие от последующего звена системы регулирования одному из предыдущих звеньев. У – усилитель, ИМ – исполнительный механизм, РО – регулирующий орган, ОР – объект регулирования, Х – возмущающее воздействие. Для рассмотренного выше астатического регулятора золотник дополнительно связан со штоком гидродвигателя (поршнем). При изменении "N" изменяется положение муфты, это приводит к изменению положения тарелок золотника, т.к. точка "б" пока неподвижна. Перемещение точки "а" вызовет перемещение поршня (и точки "б") в обратном направлении. Изменится подача топлива и, следовательно, "N". Однако передвижение точки "б" приведет к тому, что золотник займет нейтральное положение ещё до того, как частота достигнет номинального значения (N=Nном), т.е. муфта не вернется в начальное положение, а частота NNном. Каждому значению "N" будет соответствовать определенное положение регулирующего органа, определяемое конструктивными соотношениями. Это и есть ООС. Обратная связь действует постоянно – как в переходном процессе, так и в состоянии равновесия системы. Её называют жесткой. В результате мы получили из астатического регулятора – статический. Однако в астатический регулятор непрямого действия можно ввести устройство, реализующее временный статизм. Для этого обратная связь должна действовать лишь во время регулирования и устранялась бы при подходе системы к равновесию. Такая обратная связь называется гибкой или изодромной. По-гречески "изос" – равный, "дромос" – бег. Впервые изодромные регуляторы – центробежные, для обеспечения постоянства числа оборотов двигателей при разной нагрузке. Для предыдущего регулятора необходимо ввести гидравлический демпфер. При изменении нагрузки точка "в" отклонилась, это привело к отклонению тарелок золотника (точка "а"), т.к. точка "б" ещё неподвижна, поскольку масло в демпфере не успевает перетекать через небольшое отверстие, связывающее две полости демпфера. Начинает двигаться поршень и вместе с ним – цилиндр демпфера, растягивая пружину. Следовательно, перемещается и точка "б" обратной связи, вводя таким образом статизм. Но как только скорость поршня уменьшится до определенной величины, под действием силы пружины масло будет продолжать перетекать из одной полости в другую, и цилиндр демпфера будет стремиться вернуться в исходное положение. Равновесие установится тогда, когда точки "а", "б" и "в" придут в исходное положение (золотник – в нейтральное), а это возможно, если N=Nном! Таким образом, система остается астатической, статизм вводится в течение некоторого времени, что улучшает протекание переходного процесса. Использование сервомотора – не единственный способ введения интеграла в закон регулирования. Интеграл может быть введен разными способами и в любом месте контура системы регулирования и результатом будет превращение системы регулирования в астатическую. Например, можно регулировать скорость вращения электродвигателя (n), управляя с помощью электромашинного усилителя током якоря ЭД. При статическом законе: I =КР·n Вводя интеграл в закон управления, получим закон регулирования для астатического регулятора с изодромом: I =КР·(n + К∫n·d) Здесь первое слагаемое – регулирующий сигнал по отклонению (статизм), второе – по интегральной функции отклонения регулируемого параметра. Автоматические регуляторы частоты вращения турбины (АРЧВ) Изменение количества энергоносителя поступающего в турбину осуществляется регулятором турбины.
Для гидротурбин – направляющие аппараты Статические характеристики турбин могут быть получены из уравнения мощности по следующим соотношениям. ПТ – ГТ – Ап, Аг – Коэффициенты, зависящие от единицы измерения; D – часовой расход пара; - тепловой перепад; - тепловой кпд; Q – часовой расход воды; H – перепад (напор воды – разница между УВБ и УНБ); - КПД. Задача автоматического регулирования поддержать путем воздействия на регулирующие органы турбины. 3 – установившийся режим с прежней частотой с новой нагрузкой и с новым количеством пара, подаваемого в паровую турбину. Передаточная функция турбины: - есть инерционное звено первого порядка. Основные функции АРЧВ 1) Регулирования частоты вращения по принятому закону; 2) Ограничение возможного увеличения частоты вращения в ПП; 3) Пуск и останов турбины; 4) Изменение частоты при синхронизации; 5) Распределение нагрузки между параллельно работающими агрегатами; 6) Режимные ограничения мощности. АРЧВ не должен допускать срабатывание автомата безопасности – не допускать повышение частоты выше 55 Гц. Для гидротурбин допускаются большие угонные скорости (30%). Структурная схема АРЧВ, соответствующая пропорциональному регулятору Все регуляторы снабжаются механизмом для изменения уставки по частоте (МУТ, МИЧ, МИЧВ). С помощью ЗЭ статическую характеристику можно перемещать вверх и вниз. Для изменения уставки необходимо внешнее воздействие. Регулирование может осуществляться как по статическому, так и астатическому закону: Гидромеханический регулятор частоты вращения Применяют на ПТ небольшой мощности. Рычаг-повторитель Чем больше частота, тем выше поднимается муфта. Если частота уменьшается, то муфта движется вниз. 1 – центробежный маятник; 2 – МУТ; 3 – главный рычаг сумматора (связан со штоком гидродвигателя; 4 – гидродвигатель с золотниковым управлением; 5 – дроссельный клапан. Это регулятор пропорционального действия (обратная связь жесткая – механическая связь двигателя с сумматором 3). Гидродвигатель воздействует на паровпускной клапан турбины 5. МУТ – для изменения уставки регулятора и перемещения его статической характеристики: перемещается шток, рычаг-повторитель главного рычага сумматора. Нейтральному положению золотника соответствуют различные положения штока поршня двигателя и муфты маятника… Преобразовательно-усилительный механизм – для усиления регулирующего воздействия. Для управления турбиной необходимо создать давление, измеряемое в тоннах - даже для турбины небольшой мощности. Это гидродвигатель с золотниковым управлением. В качестве рабочей жидкости используется масло или невоспламеняемая жидкость. В золотнике – двухтарельчатый поршень. В сливной линии давление равно атмосферному. Правые окна в буксе соединены с верхним и нижним полостями двигателя. Сам двигатель состоит из поршня и штока. По принципу действия ГД интегрирует управляющие воздействия: W(P)=1/TДР. ГД, снабженный механизмом выключения (ЖОС), превращается в гидроусилитель с передаточной функцией инерционного звена: W(P)=1/(TДР+1) . Поршень в нейтральном состоянии не может перемещаться из-за давления пара вследствие несжимаемости жидкости. При отклонении частоты двигается муфта и передвигает поршень тарелок золотника, вследствие этого в какую-то часть двигателя подается повышенное давление, следовательно, поршень перемещается, увеличивая или уменьшая пуск пара. В установившемся режиме каждому положению регулируемого органа соответствует определенное значение частоты вращения, т.е. рассмотренный регулятор функционирует по закону статического регулирования. Для ПТ большой мощности АРЧВ выполняют на 1) гидромеханическом и 2) гидродинамическом принципах действия (являются частью механизмов турбин). Регуляторы выполняют функцию статического регулирования с Кст =(4-6)%. Коэффициент статизма меняется при изменении мощности турбины: Повышение коэффициента статизма при малых мощностях нагрузки обеспечивает устойчивость в режимах малых нагрузок, когда синхронизирующая мощность генератора мала или отсутствует. Разница гидромеханического и гидродинамического регулятора заключается в исполнении связи между маятником и гидроусилителем: у первого эта связь механическая (рычажная), у второго – при помощи жидкости. Гидродинамический регулятор частоты вращения Применяется для паровых турбин средней и большой мощности. Здесь перемещение муфты преобразуется в изменение давления рабочей жидкости в импульсной линии 1 (ИЛ1) - Р. Под действием изменившегося давления происходит перемещение поршня гидроусилителя ГУ1 и, следовательно, к изменению давления в ИЛ2 второго каскада, воздействующего на гидроусилитель, установленный на регулирующих клапанах турбины. На ПТ большой мощности с промперегревом пара АРЧВ дополняют электроприставкой, которая через электрогидравлический преобразователь (ЭГП) подключается к импульсной линии ИЛ1. ИЛ – Импульсная линия ЭГП – Электрогидравлический преобразователь ЭП – Электроприставка Наличие ЭП позволяет формировать управляющие сигналы не только по отклонению частоты, но и по производной по частоте (по ускорению), вводить другие параметры регулирования (по давлению свежего пара). Кроме того осуществляется: Аварийное закрытие клапанов при ОГ; Аварийное регулирование мощности турбины для сохранения динамической устойчивости; Ограничение мощности по условию обеспечения статической устойчивости в послеаварийном режиме (реализация управляющих воздействия противоаварийной автоматики); Автоматическое изменение статизма. |