БЫКОВ В. В.; ЧЕКМАЗОВ Н. Ф., ГЕНДЛИН Ю. С., УВАРКИН С. Г., инженеры, ТЭЦ-25 Мосэнерго — ВНИИэлектропривод
Одним из ответственных составляющих системы собственных нужд электростанции является источник оперативного постоянного тока. Существующие в настоящее время установки бесперебойного питания постоянным током с элементным коммутатором не отвечают современным требованиям точности стабилизации, динамического качества и надежности.
Чтобы избавиться от этих недостатков при одновременном уменьшении емкости аккумуляторной батареи и повышении надежности всей системы, необходимо использовать статические тиристорные устройства. Мощные высокочастотные тиристоры с малым временем выключения позволяют создать высоконадежные быстродействующие тиристорные системы стабилизированного питания.
Такой статической системой с тиристорным преобразователем является устройство зарядно-подзарядное коммутационное (УЗПК), установленное на пятом энергоблоке ТЭЦ-25 Мосэнерго. Система на базе УЗПК предназначена для постоянного подзаряда и ускоренного заряда блочной аккумуляторной батареи и для стабилизации уровня напряжения на шинах нагрузки постоянного тока при всех рабочих режимах.
В системе УЗПК в отличие от системы с элементным коммутатором напряжение на шинах щита постоянного тока регулируется не изменением числа элементов аккумуляторной батареи, подключенных к натру» е. а преобразованием высокого напряжения на всех 130 элементах аккумуляторной батареи посредством изменения угла проводимости тиристоров.
Применение системы УЗПК на ТЭЦ-25 позволило отказаться от автоматических регуляторов АРН-2 и АРН-3, отпаек аккумуляторной батареи, упростить монтаж системы постоянного тока, увеличить толчковую нагрузку и длительность аварийного режима при той же емкости аккумуляторной батареи.
Использование тиристорного преобразователя существенно улучшило статические и динамические характеристики всей системы. Это позволило добиться высокой точности стабилизации напряжения на нагрузке, быстродействия, уменьшения динамических провалов.
Структурная схема питания постоянного тока на базе системы УЗПК приведена на рисунке. Система УЗПК состоит из трех самостоятельных устройств: трансформатора Т. зарядно-подзарядного агрегата ЗПА, преобразователя постоянного напряжения ППН.
Сухой трансформатор ТСЭП-380/ /300-250 мощностью 250 кВ-А специально разработан для системы УЗПК, напряжение вторичной обмотки составляет 300 В. Он используется как понижающий изолирующий трансформатор для питания ЗПА.
В системе УЗПК в качестве ЗПА используется специальная модификация выпрямителя ТППС-800, разработанного для агрегата бесперебойного питания АБП-1500. Мощный выпрямитель позволяет коммутировать толчковые нагрузки при отключенной аккумуляторной батарее. При этом можно отказаться от зарядного мотор-генератора и подзарядного агрегата ВАЗП.
Основным элементом системы УЗПК является резервированный тиристорный преобразователь постоянного напряжения ПППТ, который состоит из двух самостоятельных преобразователей (основного и резервного) на ток 630 А.
Преобразователь ПППТ представляет собой понижающий импульсный тиристорный преобразователь с широтно-импульсным регулированием напряжения на нагрузке и повышенной частотой преобразования 600 Гц.
Для обеспечения требуемых токовых нагрузок преобразователь ПППТ содержит четыре параллельно работающих силовых канала. Каждый канал является тиристорным прерывателем с параллельным двухступенчатым узлом искусственной коммутации. Собственная частота узла коммутации составляет 3 кГц. В качестве силовых вентилей в преобразователе используются быстродействующие тиристоры ТБ 143-400.
Особенностью системы УЗПК являются два выхода. Первый предназначен для нагрузок, нечувствительных к форме напряжения питания. Это в основном аварийные нагрузки — двигатели маслонасосов, соленоиды выключателей.
Для таких нагрузок необходимо обеспечивать непрерывность входного тока, которая при повышенной частоте преобразования достигается за счет разряда энергии, накопленной в индуктивности нагрузки через обратный диод, шунтирующий выход преобразователя.
Так как режим работы аварийных нагрузок кратковременный, то потери из-за высокочастотных составляющих питающего напряжения не оказывают существенного влияния.
Структурная схема УЗПК:
ШН — шины нагрузки; ШУ — шинки управления
Требования к пульсациям входного тока для них менее жесткие, чем требования к пульсациям входного напряжения для устройств контроля и защиты, питание которых осуществляется с второго выхода через специальный резонансный фильтр Ф.
Второй выход системы УЗПК предназначен для нагрузок, чувствительных к форме входного напряжения, и рассчитан на ток от 10 до 100 А. Такое разделение нагрузок по форме напряжения питания соответствует существующему на щите постоянного тока распределению: «шины нагрузки» и «шинки управления» с сохранением секционности щита постоянного тока.
Наличие двух выходов в системе УЗПК способствуют уменьшению массы и габаритов преобразователя постоянного напряжения и значительному улучшению качества переходных процессов на обоих выходах системы.
Можно выделить три основных режима работы системы УЗПК:
нормальный, когда аккумуляторная батарея подзаряжается от выпрямителя. Напряжение на его выходе 286 В, т. е. 2,2 В на каждый элемент аккумуляторной батареи. К выходу преобразователя подключаются нагрузки длительного нормального режима;
аварийный, когда пропадает переменное напряжение. К преобразователю подключаются нагрузки аварийного режима;
ускоренного заряда аккумуляторной батареи, происходящий при постоянном токе до увеличения напряжения на выходе выпрямителя 350 В. Затем заряд продолжается при постоянном напряжении 350 В или 2,7 В на элемент. В этом режиме к выходу преобразователя подключаются нагрузки нормального режима.
Техническая характеристика системы УЗПК
Напряжение питания переменного тока, В 380
Напряжение подзаряда аккумуляторной батареи (при 130 элементах), В . . . 286±6,5
Максимальное напряжение заряда аккумуляторной батареи, В 350
Ток нагрузки в нормальном режиме, А . . 15—100
Напряжение на шинах с нагрузкой в стационарном режиме, В 230 ±5
Номинальный ток аварийного режима, А 630
Ток толчковой нагрузки, А Не более 1200
Амплитуда пульсаций переменной составляющей напряжения на выходе с фильтром, В ±5
Уставка тока отсечки зарядно-подзарядного выпрямителя, А . . 500
В режиме ускоренного заряда аккумуляторной батареи напряжение заряда (напряжение питания преобразователя ПППТ) может быть на уровне 350 В не более 1,5 ч.
При токе нагрузки более 100 А автоматически включается принудительная вентиляция преобразователя, обеспечивающая скорость охлаждающего воздуха 6 м/с. В случае КЗ на шинах нагрузки происходит снятие коммутации и тиристорный преобрадователь пропускает ток до 5 кА в течение 0,25 с.
В нормальном режиме работы все автоматические выключатели, служащие для подключения элементов системы, замкнуты. Один (основной) преобразователь включен и выдает стабилизированное напряжение на шины с нагрузкой. Второй (резервный) находится в ждущем режиме,
т. е. работают все его источники питания и система управления. На тиристоры подано напряжение питания, но управляющие импульсы на них отсутствуют. Выбор основного и резервного преобразователей осуществляется произвольно, включением преобразователя в работу.
Переход с основного преобразователя на резервный может осуществляться как вручную, так и автоматически при неисправности в преобразователе. Автоматический переход происходит по трем независимым причинам: увеличение выходного напряжения, его понижение, срыв коммутации.
Система логической автоматики и защиты включает в работу резервный преобразователь и одновременно отключает неисправный преобразователь от шин питания и нагрузки, воз
действуя на независимые расцепители автоматических выключателей. При неисправности в резервном преобразователе система логической автоматики и защиты отключает его также от шин питания и нагрузки, оставляя в работе основной преобразователь.
Такое построение системы УЗПК увеличивает надежность питания оперативным током, позволяет осуществлять профилактические и ремонтные работы на всех элементах системы без перевода на питание от другого блока.
Система УЗПК введена в опытно-промышленную эксплуатацию на пятом энергоблоке ТЭЦ-25 Мосэнерго с 1985 г. Опыт эксплуатации показал перспективность применения статических регуляторов и возможность разработки на их основе новых типовых систем оперативного тока.
