Испытание генераторных агрегатов Хватов С. В., Титов М. В. Испытание генераторных агрегатов Генераторы переменного тока занимают особое место во всех отраслях народного хозяйства. Они нашли широкое применение на транспорте, в промышленности, в сельском хозяйстве, являясь основными, аварийными и резервными источниками электрической энергии. Одним из важных технологических этапов создания таких генераторных установок являются их испытания, проводимые с целью определения основных технических характеристик агрегатов, их наладки, выявления технических неисправностей и брака. Испытания можно разделить на приемо-сдаточные, периодические, типовые, исследовательские, на надежность и др. Наиболее массовыми являются приемо-сдаточные испытания на машиностроительных заводах, а также при постройке и ремонте судов различного назначения. Испытания проводятся как в установившихся, так и в переходных режимах работы в виде сброса — наброса нагрузки. При этом определяются следующие параметры генераторного агрегата: - отклонения частоты и напряжения в установившихся и переходных режимах;
- время восстановления частоты и напряжения при внезапных изменениях нагрузки;
- стабильность показаний;
- параметры первичного двигателя (расход топлива, дымность и др.)
От точности проводимых испытаний зависит дальнейшая качественная работа генераторных агрегатов. Имитация различных статических и динамических режимов работы при испытаниях генераторных агрегатов осуществляется нагружающими устройствами (НУ). В настоящее время испытания проводятся при помощи различных НУ, отличающихся стоимостью, возможностью реализации требуемых режимов нагружения, экономичностью и др. Данная работа ставит задачу качественной оценки различных НУ с целью выбора наиболее перспективного и дальнейшей технической проработки последнего. Очевидно, что функциональные характеристики НУ должны, в первую очередь, определяться требованиями к генераторным агрегатам, а также необходимостью обеспечения экономичности испытаний. Анализ требований показывает, что, несмотря на их различие для агрегатов разного назначения, можно сформулировать общие требования к НУ — это обеспечение: - симметричной нагрузки при номинальном коэффициенте мощности в диапазоне от 0 до 100% номинального тока генератора;
- перегрузки при номинальном коэффициенте мощности на 10% от номинального тока в течении 2 мин.;
- симметричной нагрузки при номинальном токе генератора с коэффициентом мощности, изменяющимся в диапазоне 0,6-0,9;
- сброса и наброса симметричной нагрузки с номинальным коэффициентом мощности и током, равным 50% и 100% от номинального;
- сброса и наброса симметричной нагрузки, равной 60% номинального тока при коэффициенте мощности 0,4;
- безступенчатого регулирования нагрузки и коэффициента мощности;
- измерений тока нагрузки, напряжения генератора и коэффициента мощности;
- автоматизации испытаний;
- полезного использования энергии испытуемого генераторного агрегата.
Последние два требования являются дополнительными и определяются общими задачами энергосбережения и автоматизации производства. При испытаниях НУ может рассеивать потребляемую электроэнергию или передавать ее различным потребителям, а также в промышленную сеть. В первом случае НУ состоит из нагрузочных сопротивлений. Подобные НУ получили широкое распространение как на машиностроительных, так и на судостроительных заводах. Их преимущества — это удобство набора нагрузки, автономность процесса испытаний и относительно небольшие капитальные затраты. Они могут выполняться с раздельными и совмещенными активно-реактивными частями. Общими недостатками таких НУ являются: неэкономичность, большие габариты и масса, малый срок службы, нестабильность характеристик нагружения. Неэкономичность — один из недостатков, который делает невозможным применение таких НУ в современных системах нагружения. Одним из наиболее простых способов испытания генераторных агрегатов при полезном использовании их энергии является способ непосредственного подключения генератора к промышленной сети. Подключение осуществляется через технологический автомат путем точной синхронизации. Регулирование активной нагрузки ведется изменением подачи топлива первичного двигателя, а реактивной — изменением тока возбуждения. Такая система нагружения наиболее проста, но не обеспечивает проведения испытаний в динамических режимах. В ряде случаев получил развитие комбинированный метод испытаний, когда статические режимы нагружения обеспечиваются при работе генератора на промышленную сеть, а динамические — в автономном режиме подключением активно-индуктивных нагрузок. Существует целый ряд НУ, выполненных на базе различных машинных преобразователей, однако они, хотя и обеспечивают полезное использование энергии испытуемого двигателя, достаточно сложны, ненадежны, дороги и имеют сравнительно небольшой КПД. Наиболее полно всем требованиям испытания удовлетворяют НУ, выполненные на базе статических преобразователей. Они могут быть реализованы по различным схемам: как со звеном постоянного тока, так и с непосредственным преобразователем частоты, с естественной или искусственной коммутацией тиристоров. В любом случае они позволяют плавно регулировать как нагрузку, так и cosj нагрузки. Кроме того, возможно воспроизведение динамических режимов испытания. Особенностью работы таких НУ является искажение тока статора синхронного генератора, что приводит к появлению добавочных потерь в нем и снижению допустимой нагрузки в длительных режимах. Кроме того, подобные НУ имитируют не эквивалентное сопротивление нагрузки, а ток нагрузки, что должно учитываться при проведении испытаний. Одним из наиболее удобных и простых вариантов является выпрямительно-инверторный агрегат с управляемым выпрямителем и инвертором, ведомым сетью. Коммутация тиристоров выпрямителя и инвертора естественная, что повышает надежность и быстродействие преобразователей. Такое НУ должно выполнять две основные функции: - регулирование величины нагрузки и коэффициента мощности;
- передачу вырабатываемой электроэнергии с переменным напряжением и частотой в промышленную сеть со своими характеристиками напряжения и частоты.
Принцип регулирования тока нагрузки основан на введении добавочной противо — ЭДС инвертора в цепь выпрямленной ЭДС генератора. Величина выпрямленного тока определяется разностью ЭДС и регулируется изменением угла управления b. Принцип регулирования коэффициента мощности основан на сдвиге первой гармоники тока генератора относительно напряжения путем регулирования угла управления a. Для получения отстающего коэффициента мощности угол a должен регулироваться в сторону естественной коммутации. Необходимо отметить, что изменение угла a приводит к изменению выпрямленной ЭДС генератора и, соответственно, к изменению тока нагрузки, т.е. каналы управления оказываются взаимосвязанными. Для обеспечения независимого регулирования необходимо применение системы автоматического регулирования. |
