Wpływ regulacji przekładni transformatora blokowego na dopuszczalny obszar pracy zespołu wytwórczego

Transkrypt

1 kazuje ię od 1919 roku 01'15 Organ Stowarzyzenia Elektryków Polkich Wydawnictwo SIGMA-NOT Sp. z o.o. doi: / Jan MACHOWSKI 1, Piotr KACEJKO Wydział Elektryczny Politechniki Warzawkiej (1) Wydział Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelkiej () Wpływ regulacji przekładni tranformatora blokowego na dopuzczalny obzar pracy zepołu wytwórczego Abtract. The ynchronou generator i a ource of real and reactive power, which can be conveniently regulated over a wide range of value. The real and reactive power control of the ynchronou generator are limited by the reactive power capability curve, which i determined by the following contraint: the tator (armature) current, the rotor (field) current, the power angle (due to the teady-tate tability), the temperature in the end region of the tator magnetic circuit, the turbine power, terminal voltage of the generator. The large generating unit operate on the high voltage network by the tep-up tranformer, which can be equipped with the on-load tap changer. Thi paper dicue how the control of the tranformation ratio of the tep-up tranformer can change the area urrounded by the reactive power capability curve. uation uitable for uch analyi are derived and a numerical example i preented. Influence of the on-load control of the tap changing tep-up tranformer on the reactive power capability curve of the generating unit Strezczenie. Generatory ynchroniczne ą wygodnymi regulowanymi źródłami mocy czynnej i biernej. Dopuzczalny obzar pracy bloku generator-tranformator jet ograniczony krzywą określoną przez natępujące ograniczenia: prąd uzwojenia tojana, prąd uzwojenia wirnika (wzbudzenia), kąt obciążenia (tabilność lokalna), temperatura krajnych elementów tojana, moc turbiny, napięcie na zacikach generatora. Duże generatory pracują na iec wyokiego napięcia poprzez tranformatory blokowe, które mogą być wypoażone w regulację przekładni pod obciążeniem. W artykule omawia ię jak regulacja przekładni może wpływać na dopuzczalny obzar pracy bloku generator-tranformator. Wyprowadzono wzory odpowiednie do takiej analizy oraz podano przykład liczbowy. Key word: power ytem, reactive power capability curve, on-load tap changing tranformer Słowa kluczowe: ytem elektroenergetyczny, dopuzczalny obzar pracy generatora, tranformatory regulacyjne Wtęp W ytemie elektroenergetycznym generatory ynchroniczne dotarczają ponad 60% mocy biernej i ą jej głównymi źródłami. Zaletą tych źródeł jet płynna regulacja w zerokim zakreie mocy czynnej (regulacja napędu) i mocy biernej (regulacja wzbudzenia generatora) [1,]. W regulacji mocy biernej zepołu wytwórczego (blok generator-tranformator) może uczetniczyć także regulacja przekładni tranformatora blokowego pod obciążeniem. W Polce w latach ubiegłych nie toowano regulacji przekładni tranformatorów blokowych pod obciążeniem. Aktualne zapiy zawarte w [5,6] dotyczące zepołów wytwórczych o wielkich mocach (np. 900 MW) nakładają wymóg zapewnienia zerokiego zakreu regulacyjnego zarówno co do mocy czynnej jak i biernej. Potrzeba zwiękzenia zakreów regulacyjnych zarówno mocy czynnej jak i biernej wynika z faktu dużych dobowych zamian zapotrzebowania oraz ronącego udziału w wytwarzaniu źródeł niepokojnych (farmy wiatrowe) o zmiennej mocy. Oczekuje ię, że w dolinach obciążeń lub wzrotu generacji źródeł niepokojnych duże regulacyjne zepoły wytwórcze będą mogły pracować w zerokim zakreie zmian mocy biernej koztem obniżenia mocy czynnej. W dokumencie [4] zatoowanie regulacji przekładni tranformatora blokowego uzależnia ię od roli zepołu wytwórczego w ytemie elektroenergetycznym i faktu, czy wytwórca chce oferować operatorowi ytemu woją zdolność regulacyjną w zerokim zakreie. Charakterytykę napięciową bloku wytwórczego z uwzględnieniem działania regulatora generatora omówiono w [7]. W prezentowanym artykule omawia ię wpływ regulacji przekładni tranformatora blokowego na obzar dopuzczalnej pracy zepołu wytwórczego. Wpółpraca regulatora węzła z regulatorami generatora i tranformatora blokowego Zakłada ię, że regulacja bloku wytwórczego obejmuje generator i tranformator blokowy. Regulacja dotyczy dwóch obiektów różniących ię pod względem zybkości oraz charakteru regulacji. Regulacja generatora ma charakter ciągły i jet regulacją zybką. Regulacja tranformatora ma charakter dykretny, a proce regulacji jet znacznie wolniejzy od proceu regulacji generatora. W celu prawidłowego przebiegu regulacji regulatory tych dwóch różnych urządzeń nie powinny działać według tego amego kryterium. W pracach [8,9,10] wykazano, że dla prawidłowego przebiegu regulacji regulator tranformatora powinien utrzymywać zadaną wartość napięcia po dolnej tronie tranformatora (czyli na zacikach generatora), zaś regulator generatora powinien utrzymywać zadaną wartość napięcia po tronie WN zepołu wytwórczego z uwzględnieniem zachowania małego tatyzmu charakterytyki napięciowej [1,]. Przy takim podziale ról zepół wytwórczy "widziany" jet od trony ytemu jako źródło napięcia za małą reaktancją odpowiadającą zatoowanej reaktancji kompenacji prądowej. Przy pracy w zakreie regulacyjnym zmiany pobieranej mocy biernej nie wywołują znacznych zmian napięcia na zynach WN. Regulacja przekładni tranformatora powinna odbywać ię jako regulacja napięcia wg natępującej reguły: PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN , R. 91 NR 1/015 1

2 (1a) g ( ng ) zwiękz g ( ng ) zmniejz gdzie g jet dolnym napięciem tranformatora po tronie generatora, ng jet napięciem znamionowym generatora, jet przekładnią tranformatora definiowaną jako napięcie górne do dolnego, jet martwą trefa regulatora dobraną wg wzoru (1b) ( 0,6 0,7) z w którym z jet napięciem przypadającym na zaczep regulacyjny tranformatora. Wg [] taki dobór martwej trefy gwarantuje tabilną regulację, gdyż łączna zerokość martwej trefy jet więkza od napięcia zaczepowego, czyli (1, 1,4) z. Opóźnienie czaowe można, jak zaproponowano w artykule [14], uzależnić od położenia aktualnego punktu pracy względem granicy obzaru dopuzczalnych obciążeń zepołu wytwórczego. W pobliżu granicy tego obzaru regulacja przekładni może być wykonywana z mniejzymi opóźnieniami zaś wewnątrz obzaru regulacyjnego generatora liczba przełączeń może być znacząco ograniczona. Protzym rozwiązaniem jet uzależnienie opóźnienia czaowego od uchybu regulowanego napięcia []. przekładni (Ry. b). Taki chemat zatępczy nazywany jet chematem rezonanowym, gdyż wytępujące w nim gałęzie poprzeczne wraz z reaktancją tranformatora tworzą obwody podwyżzające lub obniżające napięcie. względniając, że Y T 1/ Z T dla Z T jx T oraz 1 po górnej tronie tranformatora (trona ieci) w gałęzi poprzecznej w węźle otrzymuje ię (Ry. 3a) pojemność zatępczą, zaś indukcyjność w węźle g po dolnej tronie tranformatora (trona generatora). Dla 1 po górnej tronie w węźle w gałęzi poprzecznej otrzymuje ię indukcyjność zatępczą, zaś pojemność w węźle g, po tronie dolnej (Ry. 3b). Ry.. Schematy zatępcze tranformatora dwuuzwojeniowego Ry. 1. Regulatory bloku generator - tranformator W ytemie regulacji węzła wytwórczego można założyć, że regulację przekładni tranformatora blokowego wykonuje ytem nadrzędny ARNE (automatyczna regulacja napięcia elektrowni). Można też założyć, że regulację przekładni tranformatorów blokowych wykonują typowe regulatory przekładni [] pracujące autonomicznie bez powiązań z ytemem nadrzędnym ARNE. Ilutruje to Ry 1. Wpływ regulacji przekładni tranformatora blokowego na charakterytykę Q (P) Analiza wpływu przekładni tranformatora blokowego zotała wykonana w oparciu o chemat zatępczy tranformatora pokazany na Ry.. Idealny tranformator o przekładni znajduje ię (Ry. a) po tronie wyokiego napięcia. Korzytając z metody potencjałów węzłowych można wykazać [1,], że tranformator o impedancji Z T oraz przekładni może być zatąpiony czwórnikiem w którym admitancje gałęzi wzdłużnej i poprzecznych zależą od Ry. 3. Schematy rezonanowe tranformatora (a) dla 1 (b) dla 1 Ze chematu rezonanowego (Ry. 3) wynika, że zmiana przekładni tranformatora blokowego ma itotny wpływ na rozdział mocy biernej. 1.1 Schematy zatępcze bloku Rozważa ię blok generator-tranformator (Ry. 4a) w którym tranformator ma przekładnię regulowaną pod obciążeniem. Dalze rozważania przeprowadza ię w jednotkach względnych (napięcie po tronie górnej odnieione jet do napięcia znamionowego ieci, a po tronie dolnej do napięcia znamionowego generatora). Przekładnię tranformatora blokowego definiuje ię (Ry. 4b) jako tounek napięcia górnego do dolnego. Do dalzych rozważań zakłada ię, że generator jet zatąpiony ynchroniczną iłą elektromotoryczną E q za reaktancją ynchroniczną, czyli Y g 1/ Z g 1/ jx d, zaś tranformator reaktancją wzdłużną, czyli Y T 1/ jx T. Analogicznie jak na Ry. 3 pomija ię rezytancję i w chemacie zatępczym bloku pokazanym Ry. 4c uwzględnia ię tylko elementy reaktancyjne. Korzytając ze znanych wzorów [1,3] przekztałcania gwiazdy impedancji w trójkąt impedancji, chemat z Ry. 4c można przekztałcić do chematu z Ry. 4d. Warto zauważyć, że w uzykanym czwórniku zatępczym bloku wzytkie gałęzie zależą od umy reaktancji ( X d X T ), a PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN , R. 91 NR 1/015

3 uma ta jet przemnażana przez wpółczynniki zależne od przekładni w poób identyczny jak w czwórniku zatępującym tranformator (Ry. 3 oraz Ry. 4c). Ry. 4. Schematy zatępcze bloku generator- tranformator Schemat pokazany na Ry. 4e uzykuje ię ze chematu wyjściowego (Ry. 4b) prowadzając napięcia oraz impedancje na górną tronę tranformatora tj. na tronę ieci. Wzytkie chematy pokazane na Ry. 4 ą równoważne i mogą być wykorzytywane zależnie od tego jakie wielkości ą obliczane i jakich relacji między nimi ię pozukuje. 1. Moc czynna i bierna Dla czwórnika o reaktancji X oraz napięciach E, (odpowiednio na początku i końcu) można wykazać [1,], że moce wyjściowe dane ą natępującymi wzorami: E E () P in ; Q co X X X gdzie arg ( E ) jet różnicą argumentów obu napięć. Wzory (7) zotaną teraz zatoowane do chematu z Ry. d. Przyjmuje ię, że argumenty napięć liczone ą względem napięcia ieci: 0 ; E q E q, czyli różnica argumentów obu napięć w rozważanym układzie wynoi. Wzory () można zatoować do chematu z Ry. 4e lub chematu z Ry. 4d, przy czym dla Ry. 4d obliczając moc bierną należy uwzględnić moc gałęzi poprzecznej. W oby przypadkach uzykuje ię: (3a) P in ( X X T ) d E q (3b) Q co ( X ) d X T ( X d X T ) Obie moce ą nieliniowymi funkcjami kąta. Kąt ten nazywany jet kątem obciążenia. Moc czynna jet odwrotnie proporcjonalna do przekładni, zaś w mocy biernej jeden kładnik jet odwrotnie proporcjonalny do przekładni a drugi odwrotnie proporcjonalny do kwadratu przekładni. Przy zadanych wartościach napięć zmiany przekładni wywołują zmiany mocy czynnej i biernej. 1.3 Dopuzczalny obzar pracy Q(P) Dopuzczalny obzar pracy bloku wytwórczego z uwzględnieniem regulacji przekładni tranformatora blokowego wynika z opiu matematycznego chematu zatępczego z Ry. 4 oraz ograniczeń kontrukcyjnych urządzeń. Analiza tych ograniczeń (warunków) pozwala określić dopuzczalny obzar pracy zepołu wytwórczego. Warunek W1 zakłada, że prąd tojana nie może być więkzy od zadanej wartości dopuzczalnej. Na płazczyźnie ( P, Q) warunek ten odpowiada okręgowi, którego promień i położenie środka wynikają z natępującego rozumowania. Moce czynna i bierna w jednotkach względnych dane ą wzorami: P I co oraz Q I in. Po uwzględnieniu, że I I g / oraz podnieieniu tych wzorów obutronnie do kwadratu i zumowaniu, otrzymuje ię zależność P Q Ig /, gdyż in co 1. Na płazczyźnie ( P, Q) powyżze równanie odpowiada okręgowi o promieniu I g / oraz środku w początku układu wpółrzędnych. Przy danym napięciu ieci oraz obciążeniu generatora makymalnym prądem Ig I g max uzykuje ię równanie (4) P Q Ig max / odpowiadające okręgowi o promieniu rg Ig max /. Ry. 5. Dopuzczalnych obzar pracy bloku generatortranformator przy danym napięciu Na Ry. 5 fragment tego okręgu wykreślono linią kropkową. Punkty odpowiadające mocom, dla których pełniony jet warunek I g < I gmax leżą wewnątrz tego okręgu. Promień okręgu zależy odwrotnie proporcjonalnie od przekładni tzn. gdy regulator tranformatora blokowego zwiękza przekładnię, to promień okręgu maleje i odwrotnie, gdy regulator tranformatora blokowego zmniejza przekładnię, to promień okręgu zwiękza ię. Wartość makymalnego prądu obciążenia generatora należy przyjąć zgodnie z zaleceniami producenta np. Ig max InG lub Ig max 1,05 InG, gdzie I ng jet prądem znamionowym. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN , R. 91 NR 1/015 3

4 Warunek W zakłada, że prąd wirnika nie może być więkzy od zadanej wartości dopuzczalnej. Na płazczyźnie ( P, Q) warunek ten odpowiada okręgowi, którego promień i położenie środka wynikają z natępującego rozumowania. Wzory (3a,b) można zapiać natępująco: (5a) in P ( X d X T ) (5b) E q co Q ( X ) d X T ( X d X T ) Po obutronnym podnieieniu do kwadratu i zumowaniu otrzymuje ię natępujące równanie: (6) P Q ( X ( d X T ) X d X T ) Dla wartości E równanie to przyjmuje potać q E q max q max (7) E P Q ( X ( d X T ) X d X T ) która odpowiada okręgowi o promieniu i przeunięciu środka określonych natępującymi wzorami: max (8) rf ( X d X T ) ; q f ( X d X T ) Stąd wynika, że przeuniecie środka okręgu jet odwrotnie proporcjonalne do kwadratu przekładni, zaś promień odwrotnie proporcjonalny do przekładni. Okrąg ten przecina oś pionową (moc bierna dla zerowej mocy czynnej) w punkcie: (9) r f qf max ( X d X T ) Siła elektromotoryczna ynchroniczna generatora jet około dwukrotnie więkza od napięcia znamionowego i można przyjąć E. W takim przypadku z wzoru q max (9) wynika, że przy zwiękzanie przekładni łuk FG na Ry. 5 obniża ię, czyli "regulacja w górę" powoduje obniżenie ograniczenia mocy biernej wynikającego z prądu wzbudzenia generatora. Synchroniczna em E q wytępująca w powyżzych równaniach zależy od prądu wzbudzenia. Tym amym jej makymalna wartość E q max zależy od dopuzczalnej wartości prądu wzbudzenia tj. długotrwałej dopuzczalnej obciążalności uzwojenia wzbudzenia. Producenci na ogół nie dopuzczają wartości prądów wzbudzenia wyżzych od znamionowych niezależnie od wartości napięcia generatora. Przy założeniu, że uzwojenia wirnika generatora nie ą przeciążane, czyli prąd dopuzczalny odpowiada prądowi znamionowemu If max Inf oraz max Enq, znamionową wartość em E nq można obliczyć jako krotność napięcia znamionowego generatora przy wpółczynniku krotności zależnym od reaktancji ynchronicznej oraz wpółczynnika mocy. Wynika to z natępującego rozumowania. Dla chematu zatępczego generatora (lewa trona Ry. 4b) można napiać natępujące wzory analogiczne do wzorów (): g g g (10) Pg inge ; Qg coge X d X d X d gdzie ge jet różnicą argumentów em oraz napięcia generatora. Podnoząc te równania tronami do kwadratu i po ich zumowaniu tronami otrzymuje ię: g g (11) P g Qg X d X d (1) Qg Pg E q g 1 X d X d g g Równanie (1) jet łuzne dla każdego tanu obciążenia i w zczególności dla mocy znamionowych, PnG SnG cong, QnG SnG inng oraz napięcia znamionowego ng, gdzie co ng jet znamionowym wpółczynnikiem mocy. Wiadomo też, że reaktancja ynchroniczna X d X d jw ng / SnG, gdzie X d jw jet reaktancją w jednotkach względnych. Po podtawieniu tych zależności do równania (0) otrzymuje ię: (13) E 1 X in X co nq ng d jw ng d jw ng Stąd po protych przekztałceniach otrzymuje ię natępujący wzór na ynchroniczną em generatora przy obciążeniu znamionowym: (14) Enq knfng ; k nf 1 X d jw ( X d jw inng ) Oznacza to, że znamionowa em generatora jet krotnością napięcia znamionowego. Warunek W3 dotyczy ograniczenia kąta mocy. Na płazczyźnie ( P, Q) warunek ten odpowiada linii protej, której położenie i nachylenie wynikają z natępującego rozumowania. Dzieląc równania (5) tronami otrzymuje ię: (15) P Q tg ( d T ) X X Stąd po podtawieniu max uzykuje ię równanie (16a) P m Q c (16b) m tgmax ; c tg max ( X d X T ) Na płazczyźnie ( P, Q) równanie (16a) wyznacza protą przecinającą oś mocy biernej Q pod kątem max w punkcie Q c / m /[ ( X T X d )] qf, tj. przez środek okręgu o promieniu i przeunięciu środka określonych wzorami (8). Na Ry. 5 prota odpowiadająca równaniu (16a) jet wykreślona linią kropkowo-krekową. Zgodnie z wzorami (8) przeuniecie środka okręgu i tym amym protej (16a) jet odwrotnie proporcjonalne do kwadratu przekładni. Można więc powiedzieć, że przy zmniejzaniu przekładni prota (16a) obniża ię i tym amym ograniczenie mocy biernej (odcinek A-B na Ry. 5) obniża ię, czyli zakre pracy pojemnościowej jet więkzy. Warunek W4 dotyczący ograniczenia temperatury w krajnych elementach obwodu magnetycznego tojana nie da ię ująć w prote zależności matematyczne. Odpowiednia krzywa mui być określona przez producenta generatora. Ograniczenie to pojawia ię w obzarze dużych obciążeń czynno - pojemnościowych. Na Ry. 5 jet to krzywa B-C. 4 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN , R. 91 NR 1/015

5 Warunek W5 dotyczący mocy turbiny uzależniony jet od rodzaju turbiny i jej dotoowania do pracy w zerokim zakreie zmian mocy czynnej. Na Ry. 5 odpowiednie ograniczenia zaznaczono za pomocą protych pionowych odpowiadających P max oraz P min. Na Ry. 5 obzar wewnątrz którego nie ma przekroczenia żadnego z wymienionych ograniczeń zaznaczono linią ciągłą pogrubioną. Jet to obzar ABCDEFG ograniczony omówionymi wyżej odcinkami i łukami. Jak wykazano, zmiany przekładni tranformatora blokowego wpływają na położenie protej AB oraz łuków CD, EF, FG. Należy zauważyć, że wzytkie trzy omówione ograniczenia elektryczne W1, W, W3 zależą od wartości napięcia na zynach do których przyłączony jet blok wytwórczy. Wartość tego napięcia wpływa na promień r g okręgu (4) oraz na promień r f i przeunięcie q f okręgu (7) a także na przeunięcie q f protej (16a). Im więkza wartość napięcia tym zerzy obzar ABCDEFG. Z tego względu charakterytykę Q (P) pokazaną na Ry. 5 wyznacza ię zawze dla zadanej wartości napięcia. 1.4 Charakterytyka Q(P) przy zadanym g =cont Dla wpółczenych generatorów dopuzczalne zmiany napięcia i czętotliwości ą dość małe [15]. Ry. 6 ilutruje zakre rekomendowany przez normę [16]. Dla czętotliwości znamionowej dopuzczalny zakre zmian napięcia generatora jet 5% w tounku do napięcia znamionowego. Ry. 6. Dopuzczalne zmiany napięcia i czętotliwości wg [16] Biorąc to pod uwagę, do powyżzych warunków ograniczających dopuzczalny obzar pracy bloku wytwórczego należy dopiać jezcze natępujący dodatkowy warunek. Warunek W6 dotyczy ograniczenia wartości napięcia generatora do przedziału: (17) g max g g min. Wzór na charakterytykę Q(P) przy zadanym g najprościej można wyprowadzić korzytając ze chematu pokazanego na Ry. 4a, a ściślej części tego chematu dotyczącej tranformatora blokowego. Analogicznie do równań (3) dla prawej trony chematu z Ry. 4a można napiać: g (18) P int ; g Q cot X T X X T T gdzie T jet różnicą argumentów napięć na impedancji tranformatora. Podnoząc do kwadratu tronami równania (18), po zumowaniu otrzymuje ię równanie: g (19) P Q X T X T odpowiadające okręgowi o promieniu i przeunięciu środka, określonych natępującymi wzorami: g (0) rt ; q T X T X T Rozwiązując równanie (19) względem mocy biernej otrzymuje ię natępujący wzór g (1) Q P X T X T określający zmiany mocy biernej przy zadanych wartościach mocy czynnej i napięcia. Charakterytyki Q (P) dane wzorem (1) ą łukami okręgu określonego równaniem (19). Ponieważ X T X d, zarówno przeuniecie jak i promień tego okręgu ą wielokrotnie więkze od przeunięcia i promienia okręgu określonego równaniem (7), czyli zachodzi: rt r f oraz qt qf. Z tego względu łuki odpowiadające okręgom (19) pokazane na Ry. 5 mogą być aprokymowane za pomocą odcinków. Jeśli tranformator blokowy ma tałą przekładnię 0 cont to przy danej wartości napięcia ieci ograniczenia g max, g min wynikające z warunku (17) mogą leżeć wewnątrz obzaru ABCDEFG (Ry. 5). W takim przypadku dopuzczalny obzar pracy bloku jet ograniczony jedynie do obzar HIEDKJ. Jak wykazano zatem, decydującym ograniczeniem w generacji mocy biernej może być ograniczenie napięcia generatora, a nie ograniczenie prądu wzbudzenia. Położenie wyżej opianych łuków g max oraz g min zależy od napięcia ieci i nie jet tałe. Na zczęście wpływ zmian napięcia ieci jet korzytny i zgodny z potrzebami ytemu elektroenergetycznego. Łuki przecinają oś pionową (moc bierna przy zerowej mocy czynnej) w przy wartościach: (a) Q ( g max ) rt qt g max - X T (b) Q ( g min ) rt qt g min - X T Przy pracy indukcyjnej różnica napięć po prawej tronie wzoru (a) jet dodatnia i zwiękza ię, gdy wkutek deficytu mocy biernej w ytemie napięcie ieci obniża ię. To powoduje, że łuk gmax ograniczający moc bierną podnoi ię umożliwiając oddawanie coraz więkzej mocy biernej. Zwiękzanie przekładni ma podobny wpływ tj. powoduje podnozenie łuku gmax. Przy pracy pojemnościowej różnica napięć po prawej tronie wzoru (b) jet ujemna, a jej wartość bezwzględna zwiękza ię, gdy wkutek nadmiaru mocy biernej w ytemie napięcie ieci podnoi ię. To powoduje, że łuk gmin ograniczający moc bierną obniża ię umożliwiając pobieranie coraz więkzej mocy biernej. Zmniejzanie przekładni ma podobny wpływ tj. powoduje obniżanie łuku gmin. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN , R. 91 NR 1/015 5

6 1.5 Wpływ zmian przekładni - podumowanie Wpływ zmian przekładni na ograniczenia obzaru dopuzczalnej pracy bloku generator-tranformator jet odmienny w górnej (indukcyjnej) części obzaru oraz w jego części dolnej (pojemnościowej). Z wzorów (8)(9) oraz (a) wynika, że w górnej (indukcyjnej) części obzaru zwiękzenie przekładni zawęża obzar, obniżając nieco łuk FG wynikający z ograniczenia prądu wzbudzenia ale podnoi łuk gmax wynikający z ograniczenia napięcia generatora (Ry. 5). W rezultacie, w tym obzarze zwiękzanie przekładni może być korzytne. Z wzorów (8)(9) oraz (b) wynika, że w dolnej (pojemnościowej) części obzaru zmniejzenie przekładni obniża protą AB wynikającą z ograniczenia kąta obciążenia oraz obniża łuk gmin wynikający z ograniczenia napięcia generatora (Ry. 5). W rezultacie w tym obzarze zmniejzenie przekładni jet zawze korzytne dla pozerzenia obzaru dopuzczalnej pracy bloku. Wewnątrz obzaru regulacyjnego oba regulatory (regulator generatora i regulator tranformatora) wpółdziałają ze obą w natępujący poób. W obzarze górnym (indukcyjnym), gdy z powodu niedoboru mocy biernej w ytemie napięcie ieci obniża ię, regulator generatora zwiękza wzbudzenie, co powoduje wzrot napięcia generatora i zgodnie z regułą (1a) regulator tranformatora zwiękza przekładnię, co wprawdzie powoduje zwężenie obzaru od trony ograniczenia wynikającego od prądu wzbudzenia (łuk GF na Ry. 5), ale podnoi łuk gmax, co powoduje powiękzenie faktycznego dopuzczalnego obzaru pracy bloku. W obzarze dolnym (pojemnościowym) gdy z powodu nadmiaru mocy biernej w ytemie napięcie ieci zwiękza ię, regulator generatora zmniejza wzbudzenie, co powoduje zmniejzenie napięcia generatora i zgodnie z regułą (1a) regulator tranformatora zmniejza przekładnię, co powoduje pozerzenie obzaru od trony ograniczenia wynikającego od kąta mocy (prota AB na Ry. 5) oraz obniża łuk gmin, co powoduje powiękzenie faktycznego dopuzczalnego obzaru pracy bloku. Przykład Zepół wytwórczy pracuje na ieć 400 kv i ma natępujące dane: S ng = 104 MVA; ng = 7 kv; X d = 3%; co ng = 0,85; zakre napięcia g = ng 5%; makymalny prąd tojana I gmax = 1,05 I ng ; S nt = 1050 MVA; X T = 17, 714%, nt dolne 7 kv ; nt gorne 407 kv 7 1,5%. Dla porównania analizę wykonano także dla wariantu przy założeniu zaintalowania tranformatora blokowego o tałej przekładni i napięciu nt gorne 40 kv. Przyjęto natępujące jednotki bazowe wpólne dla całego układu: [ S ] 1000 MVA ; [ ] 400 kv ; [ g ] 7 kv. Po przeliczeniu danych znamionowych do jednotek względnych otrzymuje ię: S ng 1,04 ; ng 1 ; S nt 1, 050 ; nt g 1 oraz nt 1, Reaktancje przeliczono do wpólnej jednotki wg wzoru: X jw X n jw / Sn jw. Przekładnia względna dla środkowego zaczepu: 0 (407 / 400) /(7 / 7) 1,0175. Zakre regulacji przekładni: 1, , 015, tj. 0,930 1, 105. Dla ogranicznika kąta mocy przyjęto max = 90. Dla tranformatora o tałej przekładni otrzymuje ię 0 (40/ 400) /(7 / 7) 1,05. Ry. 7a oraz Ry. 7b ą wykonane dla przypadku, gdy napięcie ieci = 1,05 n. Ry. 7a dotyczy bloku z tranformatorem o tałej przekładni. Widać, że w górnej (indukcyjnej) części znaczna część obzaru nie może być wykorzytana bez przekroczenia dopuzczalnego napięcia generatora. W dolnej (pojemnościowej) części ograniczenie wynikające z napięcia generatora powoduje tylko niewielkie ograniczenie możliwości pobierania mocy biernej, w tounku do ograniczenia wynikającego z makymalnego kąta obciążenia. Przy dotrzymaniu warunku (17) dotępny jet tylko obzar otoczony linią grubą ciągłą. Obzar otoczony linią grubą przerywaną jet dotępny przy przekroczeniu dopuzczalnych wartości napięcia generatora. Ry. 7a. Granice dopuzczalnego obzaru pracy bloku z tranformatorem bez regulacji przekładni przy = 1,05 oraz = 1,05 = cont Ry. 7b. Granice dopuzczalnego obzaru pracy bloku z tranformatorem z regulacją przekładni przy = 1,05 oraz 0,93< 1,105 W omawianym przypadku napięcie ieci jet na makymalnym poziomie i z punktu widzenia ytemu elektroenergetycznego niedotępność górnej części obzaru ponad g max nie mui być itotnym problemem 6 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN , R. 91 NR 1/015

7 dla pracy ytemu elektroenergetycznego, bo dodatkowa moc bierna w takim przypadku nie jet raczej potrzebna. Na Ry. 7a pionowymi trzałkami pokazano w jakim kierunku przeuwać ię będą łuki g max oraz g min przy odpowiednio zwiękzaniu i zmniejzaniu przekładni. regulator generatora wymuza zmniejzanie em generatora i tym amym zmniejzanie napięcia generatora, co zgodnie z regułą regulacji (1a) powoduje zmniejzanie przekładni tranformatora. Wkutek zmniejzania przekładni łuk g min obniża ię i dla min wychodzi poza obzar wynikający z ograniczenia kąta obciążenia. Tym amym ograniczenie (17) przetaje mieć znaczenie. Dzięki regulacji przekładni dotępny jet cały obzar otoczony na Ry. 7b linią grubą ciągłą. Jak wynika z porównania Ry. 7b oraz Ry. 7a obzar uzykiwany dzięki regulacji przekładni jet znacznie więkzy od obzaru przy braku regulacji. Ry. 8a. Granice dopuzczalnego obzaru pracy bloku z tranformatorem bez regulacji przekładni przy = 1,00 oraz = 1,05 = cont Ry. 9a. Granice dopuzczalnego obzaru pracy bloku z tranformatorem bez regulacji przekładni przy = 0,95 oraz = 1,05 = cont Ry. 8b. Granice dopuzczalnego obzaru pracy bloku z tranformatorem z regulacją przekładni przy = 1,00 oraz 0,93< 1,105 Ry. 7b dotyczy bloku z tranformatorem o regulowanej przekładni. W górnej (indukcyjnej) części obzaru przy zwiękzaniu oddawania mocy biernej do ytemu regulator generatora wymuza zwiękzanie em generatora i tym amym zwiękzanie napięcie generatora, co zgodnie z regułą regulacji (1a) powoduje zwiękzanie przekładni tranformatora. Wkutek zwiękzania przekładni łuk g max przeuwa ię w górę powiękzając dotępny obzar w zakreie mocy biernej. W dolnej (pojemnościowej) części przy zwiękzaniu poboru mocy biernej z ytemu, Ry. 9b. Granice dopuzczalnego obzaru pracy bloku z tranformatorem z regulacją przekładni przy = 0,95 oraz 0,93< 1,105 Ry. 8a oraz Ry. 8b ą wykonane dla przypadku, gdy napięcie ieci 1,0 n. W tym przypadku, w wariancie przy tałej przekładni warunek (17) mniej ogranicza górną (indukcyjną) część obzaru i możliwości zwiękzenia mocy biernej ą więkze niż w poprzednim przypadku pokazanym na Ry. 7a. Pozwala to zwiękzyć napięcie w ieci. Ograniczenie dolnej (pojemnościowej) części obzaru jet PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN , R. 91 NR 1/015 7

8 więkze. Nie ma możliwości pobierania mocy biernej z ytemu, co przy przyjętym tu napięciu nie jet itotne, gdyż napięcie w ieci nie wymaga obniżenia. W tym przypadku regulacja przekładni (Ry. 8b) przeuwa ograniczenia g max oraz g min znacząco poza obzar wynikający z ograniczenia prądu wzbudzenia i kąta obciążenia. Ry. 9a oraz Ry. 9b ą wykonane dla przypadku, gdy napięcie ieci 0,95n. W tym przypadku w wariancie przy tałej przekładni warunek (17) ogranicza dolną (pojemnościową) część obzaru, co nie jet itotne, gdyż przy tak nikim napięciu w ieci pobieranie mocy biernej z ieci przez generator nie ma uzaadnienia. Również w tym przypadku regulacja przekładni (Ry. 9b) przeuwa ograniczenia g max oraz g min poza obzar wynikający z ograniczenia prądu wzbudzenia i kąta obciążenia. Podumowanie i wnioki Zatoowanie tranformatora blokowego z przekładnią regulowaną pod obciążeniem pozwala pozerzyć możliwości bloku generator-tranformator w zakreie generacji i pobierania mocy biernej. Przekładnia tranformatora blokowego może być regulowana przez ytem nadrzędny ARNE lub autonomiczny regulator pracujący w trybie regulacji napięcia z martwą trefą i opóźnieniem czaowym. Napięciem regulowanym powinno być napięcie po dolnej tronie tranformatora blokowego. W artykule wyprowadzono wzory pozwalające na określenie dopuzczalnego obzaru pracy bloku generatortranformator z uwzględnieniem wartości przekładni tranformatora blokowego. Podano przykład liczbowy ilutrujący wpływ zmian przekładni na przeuwanie ię odpowiednich krzywych ograniczających dopuzczalny obzar pracy. Stwierdzono, że głównym ograniczeniem w możliwościach bloku w zakreie generacji lub poboru mocy biernej, jet niewielki dopuzczalny zakre odchylenia napięcia generatora od wartości znamionowej. Regulacja przekładni tranformatora blokowego może to ograniczenie przeunąć poza obzar wynikający z ograniczenia prądu wzbudzenia i kąta obciążenia. Tym amym wykazano, że pozytywne oddziaływanie regulacji przekładni nie polega na powiękzaniu dopuzczalnego obzaru pracy wynikającego z ograniczenia prądu wzbudzenia oraz kąta obciążenia, lecz na przeuwaniu ograniczeń wynikających z warunku nieprzekraczania dopuzczalnych wartości napięcia generatora. LITERATRA 1. Machowki J., Bialek J. W, Bumby J. R.: "Power Sytem Dynamic. Stability and Control". John Wiley & Son, Chicheter, New York, 008, ISBN Machowki J.: Regulacja i tabilność ytemu elektroenergetycznego, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warzawkiej, Warzawa 007 r. 3. Kacejko P, Machowki J.: Zwarcia w ytemach elektroenergetycznych, wyd. II WNT, Warzawa 009 r. 4. The Grid Code, Iue 4, rev, , National Grid Electricity Tranmiion plc. 5. Intrukcja Ruchu i Ekploatacji Sieci Przeyłowej PSE Operator SA 6. Rozporządzenie Minitra Gopodarki z dnia 4 maja 007r. w prawie zczegółowego warunków funkcjonowania ytemu elektroenergetycznego. Dz.. Nr 93, poz. 63 z dnia 9 maja 007r. 7. Machowki J.: Generator ynchroniczny jako źródło mocy biernej przy dużych zmianach napięcia w ytemie elektroenergetycznym Przegląd Elektrotechniczny Nr, 008r. ISSN tr Małkowki R., Szczerba Z., Zbrońki A.: "Analiza możliwej koordynacji algorytmów działania regulatora tranformatora blokowego i regulatora generatora" Acta Energetica Nr tr Szczerba Z.: "kłady regulacji tranformatorów blokowych. zaadnienie toowania lub nietoowania regulacji" PBZ Nr PBZ-MEiN-1//006 Bezpieczeńtwo elektroenergetyczne kraju Rola i dotoowanie automatyki przeciwawaryjnej i retytucyjnej. Raport z realizacji: Zad. 8, temat 8.4, pkt Rola i dotoowanie automatyki przeciwawaryjnej i retytucyjnej. Wytwarzanie. Konorcjum Politechnik: Gdańkiej, Śląkiej, Warzawkiej i Wrocławkiej, Gdańk, grudzień Zajczyk R., Klucznik J., Małkowki R., Szczecińki P.: "kłady regulacji generatorów. Stan obecny. Analiza z uwzględnieniem tanów nienormalnych - zalecanych i niezbędnych zmian algorytmów działania regulatorów i toowanych natawień oraz tranmitancji. PBZ Nr PBZ-MEiN- 1//006 Bezpieczeńtwo elektroenergetyczne kraju Rola i dotoowanie automatyki przeciwawaryjnej i retytucyjnej. Raport z realizacji: Zad. 8, temat 8.4, pkt Rola i dotoowanie automatyki przeciwawaryjnej i retytucyjnej. Wytwarzanie. Konorcjum Politechnik: Gdańkiej, Śląkiej, Warzawkiej i Wrocławkiej, Gdańk, grudzień Intytut Energetyki Oddział Gdańk: "Mikroproceorowy układ automatycznej regulacji napięcia i mocy biernej typu ARNE- - karta informacyjna" 1. John J. Paerba, Maaru Shimomura, Seiichi Tanaka, Donald J. Shoup, Robert T. Helleted: "Enhanced Generator Control for the Improvement of Power Sytem Voltage Stability" Sympoium of Specialit in Electric Operational and Expanion Planning (VIII SEPOPE) Brailia, Brazil, May 19-3, H. Kitamura, M. Shimomura, J. Paerba: Improvement of Voltage Stability by the Advanced High Side Voltage Control Regulator Proceeding of the 000 IEEE PES Summer Meeting, Seattle, WA, July 000, pg Artur Zbrońki (Politechnika Gdańka): "Adaptacyjny regulator tranformatora blokowego (Adaptive Controller of Generator Tranformer), XII International PhD Workhop, OWD 010, 3 6 October Reimert D.: Protective relaying for power generation ytem. CRS Pre Taylor&Franci Group, IEEE C IEEE Standard for Cylindrical-Rotor 50 Hz and 60 Hz Synchronou Generator Rated 10 MVA and Above Autorzy: prof. dr hab. inż. Jan Machowki, Politechnika Warzawka, jan.machowki@ien.pw.edu.pl prof. dr hab. inż. Piotr Kacejko, Politechnika Lubelka, p.kacejko@pollub.pl 8 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN , R. 91 NR 1/015