Выбег турбогенератора с возбуждением высокочастотного возбудителя от постороннего источника постоянного тока.
В этом случае на обмотку независимого возбуждения высокочастотного возбудителя, нормально питаемую от устройства УБФ (рис. 4-2), подается питание от аккумуляторной батареи. В целях предотвращения перевозбуждения высокочастотного возбудителя его последовательная обмотка самовозбуждения шунтируется либо вообще отключается. Автоматический регулятор возбуждения может быть либо оставлен в работе, либо отключен. При работающем АРВ напряжение выбегающего генератора изменяется пропорционально скорости вращения. При отключенном АРВ, поскольку возбуждение высокочастотного возбудителя остается неизменным, его напряжение, а значит и ток возбуждения генератора будут изменяться пропорционально скорости вращения, а напряжение выбегающего генератора — пропорционально квадрату скорости вращения
(4-4)
Для продления времени выбега условие (4-4) может оказаться предпочтительнее, чем (4-3).
При напряжении источника постоянного тока 220 в потребляемая на возбуждение мощность в режиме выбега не превышает 4 кет на турбогенератор мощностью 200 МВт.
Если недостатком штатной системы высокочастотного возбуждения является недопустимое по условиям устойчивости двигательной нагрузки понижение напряжения при выбеге, то в ионной системе независимого возбуждения или самовозбуждения (рис. 4-3) с регулятором сильного действия мы имеем дело с обратным явлением, когда за счет полного использования возможностей форсировочной группы управляемых вентилей штатный регулятор сильного действия поддерживает на выбеге номинальное напряжение до скорости вращения порядка 0,64 пп. После того, как форсировочная группа вентилей полностью открыта, регулятор больше не влияет на возбуждение, полностью открытые вентили продолжают работать при дальнейшем снижении скорости в неуправляемом режиме, и напряжение генератора начинает снижаться лавинообразно.
Рис. 4-3. Принципиальная схема ионного самовозбуждения с регулятором сильного действия
1 — синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения генератора; 3 — выпрямительный трансформатор; 4, 5 — рабочая и форсировочная группа управляемых вентилей; 6 — измерительный орган автоматического регулятора возбуждения сильного действия; 7,8— трансформаторы напряжения и тока в цепи статора генератора; 9 — трансформатор постоянного тока в цепи ротора
В этом режиме генератор с ионным самовозбуждением ведет себя подобно машине постоянного тока с параллельным самовозбуждением без регулятора. Отмеченный характер изменения напряжения экспериментально подтвержден на электродинамической модели. Поддерживание напряжения постоянным в процессе выбега с помощью регулятора сильного действия, включенного по штатной схеме, и использование предельной форсировочной способности вентилей приводит к недопустимым перегрузкам обмотки возбуждения генератора. Одновременно с этим, из-за снижения частоты сильно возрастают токи намагничивания асинхронных двигателей и трансформаторов. Поэтому использование такого способа регулирования в режиме выбега является неприемлемым, необходимо перейти к зависимостям типа (4-3) или (4-4). В частности, для выполнения условия (4-3) ток возбуждения генератора в процессе выбега нужно поддерживать постоянным и равным току возбуждения в режиме холостого хода при номинальных значениях напряжения и скорости вращения генератора.
Таким образом, задача состоит в том, чтобы, сохранив регулятор возбуждения сильного действия для нормального режима, заменить его при выбеге на регулятор тока возбуждения, что можно осуществить, переключив измерительный орган штатного регулятора сильного действия при выбеге с трансформатора напряжения статора на трансформатор постоянного тока в цепи ротора (рис. 4-3). В этом случае регулятор будет поддерживать постоянным ток ротора. Систему питания собственных нужд вентильных агрегатов следует при использовании выбега постоянно питать от сети надежного питания II группы.
В ионной системе независимого возбуждения в целях продления времени выбега можно осуществить и закон регулирования (4-4), при котором ток возбуждения генератора должен изменяться пропорционально скорости вращения.
Рас. 4-4. Принципиальная схема электромашинной системы возбуждения
1 — синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения генератора; 3 — возбудитель; 4 — обмотки возбуждения возбудителя
Рис. 4-5. Изменение напряжения генератора с электромашинной системой возбуждения при выбеге с включенной релейной форсировкой и корректором (участок д—е—ж) и при отключенном корректоре (участок д—ж)
Это можно осуществить, если при выбеге переключить обмотку возбуждения вспомогательного генератора на независимый источник питания (например, станционную аккумуляторную батарею) и отключить регулятор сильного действия основного генератора и регулятор возбуждения вспомогательного генератора.
В случае применения электромашинной системы возбуждения с регулятором в виде односистемного корректора напряжения с компаундированием и релейной форсировкой (рис. 4-4) возможно использование энергии выбега без всяких переключений в штатной системе возбуждения, но характер изменения напряжения от скорости вращения получается довольно сложным (рис. 4-5). С начала выбега напряжение будет падать до величины, соответствующей уставке срабатывания реле форсировки (участок а—б на рис. 4-5). После срабатывания форсировки напряжение поднимается до величины, примерно равной номинальному напряжению, после чего цикл повторится снова и напряжение генератора будет изменяться в пределах от 0,85 номинального до номинального. Вполне допустимо усреднить его, считая, что на этом этапе оно определяется прямой б' — в . В точке в произойдет последнее включение форсировки, и дальнейший выбег будет происходить в режиме постоянной форсировки (участок в—д—ж).
Из-за малой нагрузки при выбеге влиянием компаундирования можно пренебречь. Существенное влияние на характер изменения напряжения генератора при выбеге оказывает электромагнитный корректор. При снижении напряжения генератора при номинальной частоте ток выхода корректора увеличивается, чтобы обеспечить восстановление первоначального напряжения. В то же время уменьшение частоты вызывает обратное действие корректора, т. е. он начнет увеличивать возбуждение тогда, когда напряжение выбегающего генератора (в относительных единицах) станет меньше относительной скорости его вращения (точка д на рис. 4-5). Далее корректор будет обеспечивать такой ток, при котором напряжение генератора будет изменяться пропорционально скорости вращения в соответствии с формулой (4-5) (прямая д—е на рис. 4-5), пока из-за снижения напряжения питания магнитного усилителя корректора не произойдет срыв его работы (кривая е—ж). Построение указанной кривой ведется на основе нагрузочных характеристик возбудителя и характеристики холостого хода генератора и хорошо совпадает с результатами натурных испытаний [12, 13]. Приближенные аналитические выражения для определения напряжения выбегающего генератора имеют вид:
при отсутствии форсировки и отключенном корректоре в диапазоне 1
(4-5)
с форсировкой при отключенном корректоре в диапазоне 
(4-6)
с включенным корректором в диапазоне его работы (прямая д—е на рис. 4-5)
(4-7)
В случае использования выбега турбогенератора при питании выбегающей нагрузки от вспомогательного генератора (см. рис. 2-3) его мощность, как правило, соизмерима с мощностью питаемой от него нагрузки, и в этом случае нельзя считать, что выбег начинается из режима холостого хода генератора (нельзя пренебрегать потерей напряжения в генераторе, влиянием компаундирования и пользоваться характеристикой холостого хода генератора вместо нагрузочной). Вспомогательные синхронные генераторы обычно оснащаются электромагнитной системой возбуждения (рис. 4-4), и поэтому характер изменения напряжения также аналогичен приведенному на рис. 4-5.
Так как в процессе выбега большей части нагрузки мощность падает пропорционально третьей степени скорости вращения, при изменении напряжения пропорционально скорости вращения ток нагрузки падает примерно пропорционально квадрату скорости вращения, влияние компаундирования наблюдается только в начале выбега, и его можно по-прежнему исключить из рассмотрения. При включенном регуляторе в процессе выбега выполняется условие const, и реакция статора компенсируется увеличенным током корректора. Таким образом, графические построения (рис. 4-5) и аналитические выражения (4-5) — (4-7) могут быть применены и для случая питания выбегающей нагрузки от вспомогательного генератора. Поскольку мощность, требуемая для возбуждения вспомогательного синхронного генератора, мала, целесообразно осуществлять его возбуждение при выбеге от аккумуляторной батареи при отключенном корректоре и форсировке. В этом случае при питании обмотки возбуждения возбудителя от постороннего источника изменение напряжения генератора будет подчиняться условию (4-4). Если же оставить включенным корректор, то будет выполняться условие (4-3).
В некоторых случаях в составе электромашинной системы возбуждения генераторов используется подвозбудитель. Возбуждение подвозбудителя в процессе выбега не регулируется, и напряжение подвозбудителя, а значит, и напряжение генератора в процессе выбега снижается очень быстро, даже с учетом действия автоматических регуляторов «срыв» напряжения может произойти при снижении скорости вращения всего на 5%, что проверено экспериментально. В этом случае для возможности использования выбега следует рекомендовать переключение обмотки возбуждения подвозбудителя или возбудителя на посторонний источник постоянного тока. При питании обмотки возбуждения подвозбудителя от постороннего источника и отключенном регуляторе возбуждения напряжение генератора будет снижаться пропорционально кубу скорости вращения, при включенном регуляторе — пропорционально квадрату скорости вращения (условие 4-4). При питании обмотки возбуждения возбудителя от батареи снижение напряжения генератора будет происходить пропорционально квадрату скорости при отключенном регуляторе и первой степени скорости при включенном.
Использование энергии выбега турбогенератора должно быть обеспечено и при работе на резервном возбудителе. Для всех генераторов с любой системой рабочего возбуждения в качестве резервных возбудителей используются двигатель — генераторы (привод — асинхронный двигатель, питаемый от шин с. н., генератор — машина постоянного тока с параллельным самовозбуждением или отдельным подвозбудителем).
Как правило, резервный возбудитель не имеет автоматического регулятора возбуждения, а оборудуется моторным шунтовым регулятором с дистанционным управлением. Форсировка возбуждения турбогенератора осуществляется при работе с резервным возбудителем путем шунтирования большей части активного сопротивления, регулирующего ток возбуждения возбудителя.
Прежде всего следует рассмотреть вопрос о поддерживании скорости вращения резервного возбудителя при выбеге. Возможны два случая: использование собственной кинетической энергии резервного возбудителя или его выбег с турбогенератором АЭС. Как показали расчеты, в первом случае, даже при учете кинетической энергии маховиков, устанавливаемых на некоторых резервных возбудителях, не удается обеспечить возбуждение турбогенератора в течение нескольких минут. Во втором случае скорость вращения резервного возбудителя совпадает со скоростью генератора, а длительность выбега — с длительностью выбега прочей асинхронной нагрузки, т. е. возбуждение выбегающего генератора обеспечивается. Для возможности использования выбега любого из генераторов станции от одного резервного возбудителя схему подключения резервного возбудителя со стороны переменного тока целесообразно осуществлять аналогично принятой на стороне постоянного тока, т. е. развилкой к секциям с. н. всех генераторов.
Если резервный возбудитель выполнен по схеме с параллельным самовозбуждением, то этот случай ничем не отличается от случая выбега с рабочим возбудителем без учета работы автоматического регулятора, и напряжение выбегающего генератора можно найти по формуле (4-5). Если обмотка возбуждения питается от подвозбудителя, то для использования энергии выбега необходимо переключить обмотку возбуждения возбудителя или подвозбудителя на аккумуляторную батарею.
Таким образом, из рассмотрения различных систем возбуждения турбогенераторов следует вывод, что все они приспособлены для использования энергии выбега без принципиальных изменений штатной системы и позволяют регулировать напряжение выбегающей системы по необходимому закону (4-3 или 4-4).
