5/21/2018 4759-19793-1-PB

1/27

Struni rad UDK:621.313.322:621.3.078BIBLID:0350-8528(2013),23.p.47-73doi:10.5937/zeint23-4759

Sistem pobude sinhronog generatora snage

727.5 MVA bloka B1 u TE Nikola Tesla B

Zoran iri1, ore Stoji, Duan Arnautovi, Duan Joksimovi, MilanMilinkovi, Slavko Veinovi, Nemanja Miloji

1

Elektrotehniki institut Nikola Tesla, Koste Glavinia 8a,11000 Beograd, Srbija

dusan.joksimovic@ieent.org

Kratak sadraj:U radu je prikazano tehniko reenje zamene sistemapobude bloka B1 u TE "Nikola Tesla B" u okviru remonta bloka 2012.godine. S obzirom da generatori u TE "Nikola Tesla B" imaju najveusnagu u elektroenergetskom sistemu Srbije bilo je neophodno postiivisoku pouzdanost sistema pobude kako ne bi uticao na prekid procesaproizvodnje elektrine energije. U tom cilju sistem pobude je realizovankorienjem savremenih tehnologija sa redundancijom i u energetskom iu upravljakom bloku ime je postignuta stopostotna topla rezerva.

Pored toga bilo je neophodno prilagoditi sistem pobude poveanjusnage agregata sa 618MW na 667.5MW. U radu su navedeni osnovniparametri sistema pobude, opisan je energetski deo, regulacija sistemapobude, paljenje tiristora, akvizicioni sistem, zatite, upravljanje,merenja i signalizacija.

Kljune rei: pobudni sistem / tiristoski most / digitalni regulator /rekonstrukcija / pouzdanost / akvizicija

1. Opti opis

Stari sistem pobude bloka B1 u TE "Nikola Tesla B" sistem pobude bio je u

upotrebi oko 30 godina, zbogega su pojedine komponente sistema pri krajuivotnog veka. Takoe, bilo je neophodno prilagoditi sistem pobude poveanju

snage agregata sa 618MW na 667.5MW. Iz tih razloga, kao i usled zastarelostii nemogunosti nabavke rezervnih delova, a sa ciljem poveanja pouzdanosti,uraena je zamena sistema pobude.

Sistem pobude je statikog samopobudnog tipa, odnosno energija zanapajanje sistema pobude se dobija sa sabirnica generatora i dovodi se prekopobudnog transformatora na tiristorske mostove sa kojih se ispravljeni napondovodi rotor generatora. Regulacija napona pobude se vri u okviru regulatora

47

http://dx.doi.org/10.5937%2Fzeint23-4759mailto:dusan.joksimovic@ieent.orgmailto:dusan.joksimovic@ieent.orgmailto:dusan.joksimovic@ieent.orghttp://dx.doi.org/10.5937%2Fzeint23-4759

5/21/2018 4759-19793-1-PB

2/27

48

faznom regulacijom impulsa za paljenje tiristora. Blok ema novog sistemapobude je prikazana na slici 1. Sistem pobude se moe podeliti na dva bloka:blok energetike i blok upravljanja. Preko bloka energetike se napaja pobudnirotorski namotaj generatora. Takoe, u okviru ovog bloka je realizovano i brzorazbuivanje u havarijskim reimima, poetno pobuivanje i prenaponskazatita. U okviru bloka upravljanja su realizovane regulacione funkcije, zatite,komandovanje, nadzor, akvizicija itd.

Primena digitalnih tehnologija i tiristorskih mostova omoguila jeredundanciju i u upravljakom i u energetskom delu sistema pobude. Sistemobuhvata dva bloka sa po tri tiristorska mosta i dva regulatora. Jedan bloktiristorskih mostova i jedan regulator omoguavaju sve predviene reimerada, ukljuujui i forsiranje (struja pobude na plafonskoj vrednosti u trajanju

od 10s). U sluaju da su na raspolaganju samo dva tiristorska mosta jednogbloka pri ispadu drugog bloka, mogu je rad uz zabranu forsiranja. Bloktristorskih mostova i regulator koji nisu u radu predstavljaju toplu rezervu. Usluaju kvara na bloku tristorskih mostova koji je u radu automatski se prelazina rezervni blok tiristorskih mostova bez ispada agregata. Takoe, u sluajukvara na regulatoru koji je u radu automatski se prelazi na rezervni regulatorbez ispada agregata. Na taj nain se postie visoka pouzdanost sistemapobude.

5/21/2018 4759-19793-1-PB

3/27

Slika 1. Blok ema sistema pobude

49

5/21/2018 4759-19793-1-PB

4/27

2. Funkcije sistema pobude

Sistem pobude ima sledee funkcije:

dvokanalno napajanje pobudnog namotaja (namotaja rotora) sinhronogturbogeneratora iz tiristorskih mostova potrebnom pobudnom strujom usvim dozvoljenim stacionarnim i prelaznim reimima rada generatora uinduktivnoj i kapacitivnoj oblasti pogonskog dijagrama generatora,

dvokanalna regulacija struje pobude, automatski reim rada - regulacija napona statora prema zadatoj

referentnoj vrednosti (automatska regulacija), rezervni reim rada - regulacija struje pobude prema zadatoj referentnoj

vrednosti (runa regulacija), kompenzacija pada napona na blok transformatoru prema podeenom

statizmu po reaktivnom optereenju generatora, pobuivanje generatora u automatskom i runom reimu rada na zadatu

vrednost napona statora, odnosno struje pobude, podeavanje napona statora prema naponu mree u toku procesa

sinhronizacije i povezivanje generatora na mreu, automatsko ograninje rada generatora u oblasti dozvoljenih termikih

naprezanja statora i rotora prema pogonskoj karti realizovano prekolimitera minimalne pobude, limitera maksimalne struje rotora i limiteramaksimalne struje statora,

praenje i automatski prelaz sa jednog na drugi blok tiristorskih mostovapri kvaru aktivnog bloka tiristorskih mostova,

praenje i automatski prelaz sa jednog na drugi regulator pri kvaruaktivnog regulatora,

praenje i automatski prelaz sa automatske na runu regulaciju pobudepri nestanku merenja statorskog napona generatora,

forsiranje pobude sa zadatim koeficijentom forsiranja po struji pobude prisnienju napona na sabirnicama generatora usled poremeaja u sistemu,

razbuivanje generatora invertovanjem tiristora pri normalnomzaustavljanju,

gaenje polja generatora u havarijskim reimima prekidaem i otpornikomza demagnetizaciju,

zatite od kvarova u sistemu pobude, formiranje hronoloke liste dogaaja, snimanje analognih signala pri ispunjenju uslova za triger sa rezolucijom

5kHz,

lokalno upravljanje i nadzor na ekranu koji je osteljiv na dodir, komunikacija sa drugim ureajima i sistemima u elektrani i daljinsko

upravljanje i nadzor , test reim za potrebe ispitivanja.

3. Osnovni tehniki podaci i karakteristike

Sinhroni generator bloka B1 u TE "Nikola Tesla B" ima sledee osnovneparametre:

50

5/21/2018 4759-19793-1-PB

5/27

Nominalna prividna snaga: 727.5 MVA

Nominalna aktivna snaga: 667.5 MW Nominalni faktor snage: 0.918 Nominalni napon statora: 21 kV Nominalna struja statora: 20 kA Nominalni napon pobude: 550 V Nominalna struja pobude: 5875 A Trajno dozvoljena struja pobude: 6950 A Napon pobude pri trajno dozvoljenoj struji pobude: 668 V Napon pobude u p. h. pri nom. naponu statora: 140 V Struja pobude u p. h. pri nom. naponu statora: 1530 A Koeficijent forsiranja pobude: 1.6 Vreme trajanja forsiranja: 10 s

Plafonska struja pobude: 9400 A Napon pobude pri plafonskoj struji pobude: 880 V Sinhrona uzduna reaktansa: 2.56 p.u. Sinhrona poprena reaktansa: 2.51 p.u. Tranzijentna uzduna reaktansa: 0.38 p.u. Subtranzijentna uzduna reaktansa: 0.24 p.u. Otpor pobudnog namotaja na 75C: 96 m Tranzijentna vremenska konstanta praznog hoda: 7.3 s Tranzijentna vremenska konstanta kratkog spoja: 0.987 s

Osnovni parametri sistema pobude su sledei:

Nominalni napon napajanja tiristorskih mostova: 3x710 V Maksimalno dozvoljena trajna struja: 6950 A Napon pri maks. dozvoljenoj trajnoj struji: 668 V Plafonska struja: 9400 A Dozvoljeno vreme trajanja plafonske struje: 10 s Plafonski napon pri nominalnom naponu napajanja: 958.5 V Ispitni napon energetske opreme: 3,5 kV Vreme odziva:

5/21/2018 4759-19793-1-PB

6/27

termikom zatitom i protivpoarnom zatitom. Transformator je uljni i ima

sledee osnovne parametre: Nominalna snaga: 6500 kVA Nominalni primarni napon: 21000 V Nominalni sekundarni napon: 710 V Nominalna primarna struja: 179 A Nominalna sekundarna struja: 5286 A Napon kratkog spoja: 7.37 % Sprega: Dy11 Nain hlaenja: ONAN

4.2. Tiristorski mostovi

Tiristorski mostovi su trofazni, punoupravljivi energetski pretvarai kojipretvaraju trofazni naizmenini napon u jednosmerni. Mogu da rade uispravljakom i invertorskom reimu. U ispravljakom reimu (ugao paljenjamanji od 90) i napon i struja na izlazu iz tiristorskog mosta su pozitivni, dok je uinvertorskom reimu napon negativan, a struja pozitivna. Invertorski reim (ugaopaljenja vei od 90) ne moe biti trajan. Tiristorski most moe biti u ovomreimu samo dok struja mosta ne padne na nulu. ema tiristorskog mosta jeprikazana na slici 2:

Slika 2. ema tiristorskog mosta

Ugraeno je est tiristrorskih mostova koji su podeljeni u dva bloka. Blok BTM1ine mostovi TM1.1, TM1.2 i TM1.3, dok blok BTM2 ine mostovi TM2.1, TM2.2i TM2.3. Tiristorski mostovi omoguavaju brz prelazak sa jednog na drugi bloktiristorskih mostova to prua mogunost redundancije. U bilo kom trenutku jemogue izvriti prelazak sa jednog na drugi blok tiristorskih mostova, bezometanja rada generatora, na nalog operatera ili zatite. U sluaju kvara nabloku tiristorskih mostova koji je u radu dolazi do automatskog prelaska narezervni blok tiristorskih mostova bez ispada agregata. Prelazak je realizovanblokadom neispravnog bloka tiristorskih mostova ukidanjem impulsa za paljenjetiristora koji se alju na rezervni blok tiristorskih mostova koji preuzima struju

52

5/21/2018 4759-19793-1-PB

7/27

pobude. Tiristorski mostovi su parametrirani tako da jedan blok tiristorskih

mostova moe da zadovolji sve reime rada, ukljuujui i forsiranje pobude prihavarijskim reimima sa predvienim koeficijentom forsiranja. U radu moe bitisamo jedan blok tiristorkih mostova, a drugi je blokiran, tj. ne dobija impulse zapaljenje na gejtovima. Na taj nain je postignuta potpuna rezerva i visokapouzdanost sistema pobude.

Svaki tiristorski most sadri: 6 tiristora montiranih na hladnjacima (tiristor nije izolovan od hladnjaka) ventilatore rele za kontrolu struje ventilatora 6 noramalno otvorenih termodavaa za zatitu od pregrevanja 6 RC lanova za zatitu tiristora od komutacionih prenapona 12 osiguraa za kratkospojnu zatitu tiristora

6 mikroprekidaa za signalizaciju pregorevanja osiguraa.Hlaenje mostova je prinudno vazduno. Svaki tiristor je postavljen izmeu

dva hladnjaka u struji vazduha. Ventilatori izbacuju vazduh iz ormara tiristorskogmosta u prostoriju pobude. Tiristorski mostovi za temperaturu okoline od 35C iimaju sledee osnovne parametre:

Sprega: B6C Nominalni napon napajanja: 3 x 710V Maksimalni izlazni napon pri nom. naponu napajnja: 910VDC Trajno dozvoljena struja jednog tiristorskog mosta: 3400A Trajno dozvoljena struja bloka od tri paralelno vezana

tiristorska mosta, uz pretpostavku nesimetrije od 30%: 7850A Maksimalno dozvoljena udarna struja u trajanju od 10ms: 43.5 kA

Maksimalno dozvoljeni udarni napon: 2800 VNa slici 3 je dat dijagram preoptereenja bloka od tri paralelno vezana

tiristorska mosta, odnosno zavisnost dozvoljene struje preoptereenja od strujekojom je most bio prethodno optereen najmanje 10 minuta za razliita vremenatrajanja preoptereenja.. Dijagram je dat za temperaturu rashladnog vazduha od35C uz pretpostavku nesimetrije od 30% izmeu paralelnih tiristora.

53

5/21/2018 4759-19793-1-PB

8/27

Slika 3. Dijagram preoptereenja tri paralelno vezana tiristorska mosta

Za zatitu tiristorskih mostova se koriste: releji za podstrujnu i prekostrujnu zatitu koji kontroliu rad ventilatora. RC lanovi koji ograniavaju komutacione prenapone. RC lanovi su

vezani paralelno sa svakim tiristorom. Komutacioni prenaponi se javljajuu svakoj periodi pri iskljuenju tiristora usled prekidanja inverzne strujezaostalog naelektrisanja tiristora.

brzi osigurai koji tite tiristore od kratkog spoja. Po dva paralelno vezanaosiguraa su vezana na red sa svakim tiristorom.

termodavai za 90C sa radnim kontaktom koji tite tiristore odpregrevanja iznad dozvoljene temperature. Termodavai su ugraeni usvaki hladnjak sa donje strane.

Kvar u jednom tiristorskom mostu deluje na blokadu forsiranja blokatiristorskih mostova kada su druga dva tiristorska mosta u bloku ispravna, dok usluaju da je jo jedan tiristorski most u bloku neispravan dolazi do ispada blokatiristorskih mostova.

Pojava zabrane forsiranja bloka tiristorskih mostova koji je u radu deluje naprelazak na drugi drugi blok tiristorskih mostova ako je ispravan i nema zabranuforsiranja. Ako drugi blok nije ispravan ili i on ima zabranu forsiranja ne dolazido prelaska i sistem pobude nastavlja da radi uz zabranu forsiranja.

Ispad bloka tiristorskih mostova koji je u radu dovodi do prelaska na drugiblok tiristorskih mostova ako je ispravan. Ako ni drugi blok tiristorskih mostovanije ispravan dolazi do ispada sistema pobude i agregata.

54

5/21/2018 4759-19793-1-PB

9/27

4.3. Sklop za brzo razbuivanje

U havarijskim reimima pri delovanju zatita generator se razbuujepomou sklopa za brzo razbuivanje. ema sklopa za brzo razbuivanje jeprikazana na slici 4.

RD

QD

1 2

43

65

Tiristorski mostoviRotor

+

-

Slika 4. Sklop za brzo razbuivanje

Sklop za brzo razbuivanje se sastoji iz prekidaa za demagnetizaciju QD,koji ima dva radna i jedan mirni kontakt, i otpornika za demagnetizaciju RD.Brzo razbuivanje se ostvaruje tako to se najpre iskljui generatorski ili mreniprekida, a zatim prekida za demagnetizaciju. Prekida za demagnetizacijuprvo svojim mirnim kontaktom paralelno pobudnom namotaju ukljuuje otpornikza demagnetizaciju preko koga se vri disipacija energije u kolu rotora, a zatimotvara svoja dva radna kontakta i odvaja rotor od sistema pobude. Sklop zabrzo razbuivanje je dimenzionisan tako da omogui razbuivanje pri tropolnomkratkom spoju generatora kada je energija u rotoru najvea i sprei pojavuprenapona pri prekidanju pobudne struje. Razbuivanje generatora u normalnimreimima rada nakon silaska generatora sa mree se ostvaruje bez iskljuenjaprekidaa za demagnetizaciju prelaskom tiristorskih mostova u invertorski reimkada napon na izlazu iz mosta postaje negativan.

Prekida QD je vazduni prekida sa komorama za gaenje luka, sadrielektromagnetni mehanizam za ukljuenje i dva namotaja za iskljuenje, kao imogunost mehanikog upravljanja. Kada je prekida ukljuen vri se stalninadzor krugova za iskljuenje prekidaa. Osnovni parametri prekidaa QD susledei:

Nominalni napon: 1000V Maksimalni prekidni napon: 1500V

Nominalna struja radnih kontakata: 7500 A Nominalna struja mirnog kontakata: 1000 A Prekidna mo: 32 kA pri 500V

23 kA pri 700V19 kA pri 1000V6.6kA pri 1500V

Komandni napon: 220 VDC Broj glavnih kontakata: 2 radna + 1 mirni Broj pomonih kontakata: 8 radnih + 8 mirnih

55

5/21/2018 4759-19793-1-PB

10/27

Nelinearni otpornik za demagnetizaciju ima sledee parametre:

Broj paralelnih otpornika: 8 Maksimalna poetna struja: 13840A Napon pri maksimalnoj poetnoj struji: 2800V Karakteristika: U=125*I0.43 Ispitni napon: 3.5kV

4.4. Prenaponska zatita

Tiristorski sistem pobude i rotor generatora se od prenapona titeprenaponskom zatitom i odvodnikom prenapona. Prenaponi se u pobudnomnamotaju mogu javiti u sluaju kratkih spojeva na generatoru, ispadu generatoraiz sinhronizma (asinhroni rad) ili pri prekidu kola pobude. Blok emaprenaponske zatite je prikazana na slici 5.

DNpz

Tiristorski

mostoviRotor

+

-

RPZ

6

Th1

Th2

PZ

A1

A2

Kpz

1

2

3

4

1

3

5

7

5

Slika 5. Blok ema prenaponske zatite

Prenaponska zatita sadri dva antiparalelno vezana tiristora Th1 i Th2,otpornik RPZ i sklop za detekciju pojave prenapona DNpz i PZ, koji generieimpulse za paljenje tiristora. Prilikom pojave napona na rotoru, koji je vei odpodeene vrednosti prenaponske zatite, jedan od dva tiristora dobija impuls zapaljenje i paralelno sa rotorom vezuje otpornik RPZ. Zatita je dvosmerna,odnosno jedan tiristor se pali u sluaju pojave pozitivnog prenapona, dok se

drugi pali u sluaju pojave negativnog prenapona. Prenaponska zatita jedimenzionisana tako da omogui ogranienje prenapona pri asinhronom radu

generatora kada dolazi do pojave najveih prenapona usled promene smerastruje kroz tiristorski most. Odrada prenaponske zatite se detektuje pojavomstruje kroz otpornik RPZ. Odrada ove zatite deluje na iskljuenje prekidaa QDi dovodi do ispada sistema pobude i agregata.

Tiristori Th1 i Th2 imaju sledee parametre:

Podnosivi ponovljivi udarni napon u iskljuenom stanju: 3500V Podnosivi ponovljivi inverzni udarni napon: 3500V Podnosivi neponovljivi inverzni udarni napon: 3600V

56

5/21/2018 4759-19793-1-PB

11/27

Trajno dozvoljena struja pri temeperaturi kuita 85C: 4803A

Trajno dozvoljena struja pri temeperaturi kuita 55C: 3356A Podnosiva struja u trajanju od 1s: 20kA Struja gejta potrebna za paljenje tiristora: 300mA Napon gejta potreban za paljenje tiristora: 3V Struja dranja: 1000mA

Otpornik za prenaponsku zatitu RPZ je linearan i ima sledee osnovneparametre:

Otpor na 20C: 0,36 10% Podnosiva disipacija: 16000kJ Klasa izolacije: 3.6kV Ispitni napon u trajanju od 60s: 10kV

Pored tiristorske prenaponske zatite zadrani su i postojei odvodnikprenapona OP zajedno sa otpornikom ROP. Pri naponu pobude veem od2800V prorauje odvodnik prenapona OP i paralelno sa rotorom se povezujuodvodnik OP i otpornik ROP. Odrada odvodnika prenapona deluje naiskljuenje prekidaa QD i dovodi do ispada sistema pobude i agregata.

5. Blok upravljanja

5.1. Pomona napajanja

Za pomono napajanje sistema pobude se koriste dva dovoda iz

jednosmernog razvoda elektrane 220VDC, dovod iz invertora 220VAC i dovodiz naizmeninog razvoda elektrane 3x400(230)VAC. Pomona napajanja sekoriste za napajanje upravljakog dela sistema pobude, poetne pobude irasvete i utinica u ormanima.

U okviru sistema pobude se formiraju naponi 24VDC pomou blokovanapajanja BN1, BN2, BN3 i BN4 i modula redundancije MR1 i MR2. Moduliredundancije formiraju zajedniki napon 24VDC, vre ravnomernu raspodelustruja blokova napajanja i omoguavaju da u sluaju nestanka izlaznog naponajednog od blokova napajanja napon 24VDC ostane i dalje prisutan preko drugogbloka napajanja.

5.2. Regulatori pobude

U okviru regulatora pobude su realizovane: regulacione funkcije, limiteri,zatite, samonadzor, komandovanje i signalizacija. Regulatori pobude suizraeni u digitalnoj mikroprocesorskoj tehnologiji. U cilju poveanjapouzdanosti u sistem pobude se ugrauju dva meusobno nezavisna digitalnaregulatora REG1 i REG2 sa identinim funkcijama pri emu je jedan u radu, adrugi je topla rezerva. U bilo kom trenutku je mogue izvriti prelazak sa jednogna drugi regulator, bez ometanja rada generatora, na nalog operatera ili zatite.Paralelan rad je realizovan tako da u sluaju kvara na nekoj od komponenataregulatora koji je u radu, rezervni regulator automatski preuzima sve upravljake

57

5/21/2018 4759-19793-1-PB

12/27

funkcije, bez prekida procesa proizvodnje elektrine energije. Svaki regulator

moe da radi zajedno s drugim regulatorom i samostalno uz iskljuen i izvaendrugi regulator.

5.2.1 Struktura regulatora

Na slici 6 prikazana je blok ema elektronike regulatora:

Slika 6. Blok upravljake elektronike

Regulator pobude ine sledei moduli:

Modul napajanja i serijske komunikacije formira napone kojima senapajaju ostali moduli regulatora i sadri serijski RS232 komunikacionikanal preko koga upravljaki modul moe da komunicira sa PCraunarom. Na ulaz ovog modula se dovodi 24VDC, a na svom izlazudaje +15V, -15V i +5V.

Modul mernih pretvaraagalvanski izoluje, filtrira i kondicionira mernesignale neophodne za realizaciju regulacionih funkcija regulatora.Prilagoeni signali se alju na upravljaki modul. Izlazni naponski opsegmernih pretvaraa je od 3V do 12V. Na raspolaganju je 10 mernihkanala.

Moduli digitalnih ulaza prihvataju 24VDC kontaktne signale sa releja

galvanski ih izoluju i prilagoavaju upravljakom modulu. Upravljaki modul se bazira na mikroprocesorima. Na njemu se

realizuju: regulacione, upravljake, zatitne, signalizacione i mernefunkcije neophodne za rad pobudnog sistema. Upravljanje se vriobradom ulaznih analognih i digitalnih signala i generisanjem izlaznihkomandnih signala za paljenje tiristora ispravljakih mostova i za pobuduizvrnih relea. Takoe, ovaj modul komunicira sa upravljakim panelom isa SCADA sistemom pomou modbas protokola. Povezivanjemupravljakog modula sa PC raunarom preko serijskog RS232 porta zakomunikaciju pomou odgovarajueg softvera podeavaju se svi

58

5/21/2018 4759-19793-1-PB

13/27

Modul digitalnih izlaza prihvata digitalne izlazne signale upravljakogmodula i pretvara ih u 24VDC signale, koji deluju na releje. Sa kontakatareleja ovi signali se prosleuju ka okruenju regulatora.

Modul za generisanje impulsa formira na svom izlazu estmiliamperskih impulsa za paljenje tiristora na osnovu izlaza izupravljakog modula i signala sinhronizacije. Krajnji rezultat regulacionihfunkcija je signal na osnovu koga se generiu impulsi za paljenje tiristorasa odgovarajuim uglom paljenja u odnosu na signal sinhronizacije.

Upravljaki panel predstavlja 10" ekran osetljiv na dodir. Saupravljakog panela se mogu zadavati sve komande za upravljanjesistemom pobude i oitati stanja svih signala i merenja relevantnih za radsistema pobude.

5.2.2 Automatski reim

Automatski reim predstavlja osnovni reim rada sistema pobude. Uautomatskom reimu rada regulator pobude vri regulaciju statorskog naponageneratora na vrednost reference sa tanou 0,5%. Regulacija statorskognapona generatora se vri pomou digitalnog PI upravljakog zakona sanegativnom povratnom spregom po statorskom naponu generatora. Blok emaregulacije data je na slici 7.

Slika 7. Blok ema automatske regulacije napona

Signal greke Verr predstavlja razliku reference Uref i merenog signala Ug.Signal greke se dovodi na ulaz PI bloka koji na svom izlazu daje signal V regnaosnovu koga se formiraju impulsi za paljenje tiristora sa odgovarajuim uglompaljenja u odnosu na signal sinhronizacije. U regulacionu petlju je uveden istatizam po reaktivnoj snazi generatora u cilju kompenzacije pada napona nablok transformatoru. Referenca Urefse formira na osnovu nulte reference U ref0 ireaktivne snage generatora QG prema karakteristici na slici 8. Nagib ove

karakteristike odgovara podeenoj vrednosti statizma za kompenzaciju poreaktivnoj snazi. Statizam je podesiv u opsegu 10%. Za pozitivnu vrednoststatizma napon generatora raste sa porastom reaktivne snage i obrnuto.Komandama Vie i Nie na nalog operatera menja se nulta referenca Uref0 toza posledicu ima poveavanje ili smanjivanje statorskog napona i reaktivnesnage generatora.

59

5/21/2018 4759-19793-1-PB

14/27

Slika 8. Karakteristika napon-reaktivna snaga

Kada je aktivna runa regulacija signal reference automatske regulacije pratistalno rad rune regulacije. Tako se obezbeuje prelaz sa rune na automatskuregulaciju bez znaajnije promene u struji pobude.

5.2.3 Runi reim

U runom reimu regulator vri regulaciju struje pobude na vrednost zadatereference struje pobude sa tanou 0.5% bez obzira na optereenjegeneratora, pri emu e doi do smanjenja statorskog napona generatora priveem optereenju i obrnuto. Regulacija struje pobude se vri pomoudigitalnog PI upravljakog zakona sa negativnom povratnom spregom po strujipobude. ema strujne regulacione petlje data je na slici 9.

Slika 9. Blok ema rune regulacije pobudne struje

Signal greke Ierrpredstavlja razliku refernce Irefi izmerene vrednosti strujepobude generatora If. Signal greke se dovodi na ulaz PI bloka koji na svomizlazu daje signal Vregna osnovu koga se formiraju impulsi za paljenje tiristorasa odgovarajuim uglom paljenja u odnosu na signal sinhronizacije. Direktnoupravljanje strujom pobude u runoj regulaciji e se vriti komandama Vie iNie na nalog operatera kojima se poveava ili smanjuje referenca struje.

Kada je aktivan automatski reim rada signal reference rune regulacijeprati stalno rad automatske regulacije. Tako se obezbeuje prelaz na runuregulaciju u svakom trenutku bez znaajnije promene u struji pobude. Izautomatske u runu regulaciju se prelazi automatski pri nestanku merenjastaorskog napona generatora.

5.2.4 Test reim

Test reim se koristi prilikom ispitivanja i podeavanja sistema pobude,elektrinih zatita i drugih sistema prema potrebi kao i prilikom ispitivanja

60

5/21/2018 4759-19793-1-PB

15/27

karakteristika samog generatora. Za rad u test reimu neophodno je obezbediti

nezavisno napajanje sistema pobude. U test reimu je mogue direktnozadavati ugao paljenja tiristorskih mostova. Komandama Vie i Nie direktno semenja vrednost ugla paljenja tiriskorskog mosta. U test reim je mogue ui narazbuenoj maini. Polazna vrednost ugla paljenja odgovara invertorskomreimu rada tiristorskog mosta. Statorski napon i pobudna struja generatora seu test reimu mogu postepeno podeavati do eljene vrednosti komandamaVie i Nie, dok se u automatskoj i runoj regulaciji pri pobuivanju direktnovode na podeenu referentnu vrednost praznog hoda generatora. U test reimurada sistema pobude nije mogurad generatora na mrei.

5.2.5 Automatsko praenje regulatora i tiristorskog mosta u radu

Praenje regulatora u radu je u funkciji kod regulatora pobude koji nije uradu. Regulator koji nije u radu ne formira impulse za paljenje tiristora na svom

izlazu, ali prati sve potrebne veliine i nadzire ispravnost drugog regulatora,tako da u sluaju ispada regulatora u radu bez ometanja rada generatorarezervni regulator postaje aktivan i preuzima regulaciju pobude generatora.

Regulator koji je u radu nadzire ispravnost tiristorskog mosta u radu i u sluajukvara regulator ga iskljuuje ukidanjem impulsa za paljenje tiristora i aljeimpulse na tiristorski most koji preuzima struju pobude bez ometanja radageneratora.

5.2.6 Limiteri

Limiteri odravaju generator u dozvoljenoj oblasti rada prema pogonskojkarti koja je prikazana na slici 10.

Slika 10. Pogonski dijagram sinhrone maine

Kada se radna taka generatora (P,Q) nae van dozvoljene oblasti limiteriautomatski deluju na poveanje ili smanjenje reference automatske ili runeregulacije (u zavisnosti od aktivnog reima rada) dok se generator ne vrati udozvoljeni reim rada. Realizovani su sledei limiteri pobude:

Limiter maksimalne struje pobude se definie krivom max If upogonskom dijagramu generatora na slici 10. Limiter maksimalne struje

61

5/21/2018 4759-19793-1-PB

16/27

Limiter minimalne pobude se definie pravom min If u pogonskomdijagramu generatora na slici 10. U sluaju da radna taka (P,Q)generatora ode levo od prave limitera, spreava se dalje smanjivanjepobude. Limiter deluje na inkrementalno poveavanje vrednosti referenceu trenutku kada se radna taka generatora (P,Q) nae levo od prave minIf i deluje sve dok se ona ne vrati u dozvoljenu oblast rada. Proraunaktivne i reaktivne snage je realizovan na osnovu merenja napona i struja

statora generatora. Limiter minimalne pobude je aktivan u svim reimimarada regulatora.

Limiter maksimalne struje statorase definie polukrunicom max Igupogonskom dijagramu generatora na slici 10, koja definie parovemaksimalnih vrednosti aktivne i reaktivne snage. U sluaju da takareima rada ode izvan zadate polukrunice, spreava se dalji porastpobude generatora. Realizovan je kao blok koji deluje na nadekrementalno smanjivanje vrednosti reference u trenutku kada strujastatora generatora prekorai zadatu vrednost (radna taka generatora(P,Q) se nalazi iznad polukrunice max Ig) i deluje sve dok se ona nesmanji ispod te vrednosti.Limiter maksimalne struje statoraje aktivan usvim reimima rada sa pozitivnim vrednostima reaktivne snagegeneratora, izuzev tokom forsiranja. Limiter nije aktivan u reimima radageneratora sa negativnim vrednostima reaktivne snage generatora.

Ulazne veliine potrebne za realizaciju limitera su statorski naponigeneratora u fazama R, S i T, statorske struje generatora u fazama R i S i strujapobude generatora. Proraun aktivne i reaktivne snage se realizuje na osnovumerenja napona i struja statora generatora. Blok ema delovanja limiterapobude je prikazana na slici 11.

62

5/21/2018 4759-19793-1-PB

17/27

Nie

Regulator pobude

Ue

Ug

Ur

Uref

Q

fI gU

-

+

Ig

PI

minQ P

Q

5/21/2018 4759-19793-1-PB

18/27

ukljuen je prekidaza demagnetizaciju QD,

postignuta brzina generatora je vea od 95%.

5.2.9 Razbuivanje generatora

U toku razbuivanja pobudna struja i statorski naponi generatora sesmanjuju do nulte vrednosti. Pri normalnom zaustavljanju agregata generator senakon izlaska sa mree razbuuje prelaskom tiristorskih mostova u invertorskireim rada u kome je napon na izlazu iz tiristorskih mostova negativan, beziskljuenja prekidaa za demagnetizaciju QD. Pri odradi zatita sistema pobudeili generatorskih zatita dolazi do brzog razbuivanja iskljuenjem prekidaa zademagnetizaciju QD i povezivanjem otpornika za demagnetizaciju RD paralelnosa rotorom. Razbuivanje generatora je mogue tek nakon izlaska generatora

sa mree.

5.2.10 Zatite regulatora

U okviru regulatora su realizovane sledee zatite:

Nestanak napajanja regulatora oznaava ispad regulatora pobude iukoliko je regulator bio u radu dolazi do prelaska na rezervni regulator,ako je ispravan. Ako ni rezervni regulator nije ispravan dolazi do ispadasistema pobude. Zatita ima samodranje.

Nestanak signala sinhronizacije u trajanju od 200ms (10 perioda)oznaava ispad regulatora i ukoliko je regulator bio u radu dolazi doprelaska na rezervni regulator, ako je ispravan. Ako ni rezervni regulator

nije ispravan dolazi do ispada sistema pobude. Zatita ima samodranje. Nestanak merenja statorskog napona se aktivira kada statorski napon

generatora padne ispod 30% nominalne vrednosti kada je mainapobuena i dovodi do prelaska na rezervni regulator. Ako rezervniregulator nije ispravan dolazi do prelaska iz automatske u runuregulaciju.

Neuspelo pobuivanje se aktivira ukoliko nakon davanja naloga zapobuivanje napon statora ne dostigne 70% podeene referntnevrednosti posle 10s i dovodi do prelaska iz automatske regulacije u runuregulaciju.

Samonadzor upravljake elektronike je zasnovan na principu Watchdogtajmera, ija odrada oznaava neispravan rad upravljake elektronike.Pojava signala oznaava ispad regulatora i ukoliko je regulator bio u radu

dolazi do prelaska na rezervni regulator, ako je ispravan. Ako ni rezervniregulator nije ispravan dolazi do ispada sistema pobude. Zatita imasamodranje.

5.2.11 Parametri

Parametri regulatora predstavljaju podeenja regulacionih funkcija, zatita,limitera, merenja, osetljivosti na pojedine komande itd. Svim parametrima jemogue pristupiti i podesiti ih pomou personalnog raunara putem serijskeveze i korienjem odgovarajueg softvera. Parametri se snimaju u trajnu

64

5/21/2018 4759-19793-1-PB

19/27

memoriju regulatora koja slui za inicijalizaciju vrednosti parametara prilikom

ukljuenja regulatora.

5.2.12 Upravljaki panel

Upravljaki panel predstavlja ekran osetljiv na dodir. Korisnik moezadavati komande sistemu pobude lokalno sa upravljakog panela sistemapobude i daljinski sa SCADA sistema. Kada je izabrano lokalno komandovanjeblokirane su sve daljinske komande i obrnuto, osim komandovanja prekidaemQD. Upravljaki panel je povezan sa oba regulatora serijskom RS485komunikacijom.

Upravljaki panel omoguava prikaz trenutnih vrednosti mernih veliina ireferenci, kao i prikaz stanja digitalnih signala. Pojedini signali opomena i zatita

koji prestaju da budu aktivni nakon prelaska na drugi kanal ili nakon iskljuenjapobude imaju samodranje. Signali sa samodranjem ostaju aktivni sve dok sene resetuju. Osim trenutnog stanja digitalnih signala na upravljakom panelu jemogu uvid i u hronoloku listu promena stanja digitalnih signala. Izgledosnovnog prozora upravljakog panela je prikazan na slici 12.

Slika 12. Izgled osnovnog prozora upravljakog panela

6. Paljenje tiristora

Upravljanje tiristorskim mostovima se vri faznom regulacijom pomou estpovorki impulsa za paljenje tiristora sa uglom paljenja koji predstavlja pomerajod trenutka kada tiristor postane pozitivno polarisan do trenutka kada se nagejtu tiristora pojave impulsi za paljenje i od njega zavisi izlazni napontiristorskog mosta. Ugao paljenja tiristora se dobija kao krajnji rezultat funkcijarealizovanih u regulatoru pobude. U svakoj periodi (20ms) na gejt svakogtiristora se alje povorka impulsa. Da bi tiristor sigurno proveo impulsi se alju

65

5/21/2018 4759-19793-1-PB

20/27

tokom itavog perioda voenja tiristora u trajanju od 6.66ms (120). Povorke

impulsa meusobno su pomerene za 3.33ms (60). Impulsi koji stiu na gejt ikatodu svih est tiristora i njihov poloaj su prikazani na slici 13.

R+

T-

S+

R-

T+

S-Slika 13: Impulsi za paljenje tiristora

7. Zatite tiristorskih mostova

Zatita od nesimetrije izmeu tiristorskih mostova se aktivira kada suispunjeni sledei uslovi:

fnIBTMx

TMx IkI

I 31

3

, 7.031 Ik - 3 mosta u radu (1)

fnIBTMx

TMx IkI

I 21

2, 2.021 Ik - 2 mosta u radu (2)

gde su: x - R+, R+, S+, T+, R-, S- ili T-, I TMx - struja jedne grane tiristorskogmosta, IBTMx - struje jedne grane bloka tiristorskih mostova, kI1>-3 i kI1>-2 -koeficijenti prorade, Ifn- nominalna struja pobude. Zatita deluje sa zadrkom od2s. Do odrade ove zatite moe doi usled pregorevanja osiguraa, kvara natiristoru ili kvara u paljenju tiristora jednog od tiristorskih mostova ili ukoliko separametri tiristora sa istim poloajem u dva tiristorska mosta jednog pobudnogkanala znatno razlikuju. Odrada ove zatite aktivira opomene sistema pobude ideluje na signalizaciju. Zatita ima samodranje.

Kratkospojna zatita prorauje kada struja bilo koje grane (R+, S+, T+, R-, S-,

T-) bloka tiristorskih mostova pree podeenu vrednost:fnIBTMx IkI , (3)25.2Ik

gde je: kI>>- koeficijent prorade. Zatita deluje bez zadrke i koncipirana je takoda svojim dejstvom zatiti tiristore i brze osigurae od pregorevanja usledpojave struje koja je vea od plafonske struje pobude. Mogui razlozi odradeove zatite su kratak spoj u sistemu pobude ili kvar u upravljakom delu sistemapobude. Odrada ove zatite bilo kog bloka tiristorskih mostova deluje na brzorazbuivanje iskljuenjem prekidaa QD i dovodi do ispada sistema pobude iagregata. Zatita ima samodranje.

66

5/21/2018 4759-19793-1-PB

21/27

Prekostrujna zatita bloka tiristorskih mostova se aktivira kada struja pobude

pree podeenu vrednost:fnIf IkI , (4)1.1Ik

gde je: kI> - koeficijent prorade prekostrujne zatite bloka tiristorskih mostova.Zatita deluje sa vremenskom zadrkom tzI> koja ima inverznu vremenskukarakteristiku koja je podeena prema karakteristici dozvoljenog preoptereenjarotora:

CjrI

At

B

f

zI

.).(, 1,2,1.34 CBA (5)

gde su: A, B i C - koeficijenti vremenske zadrke.

Prekostrujna zatita tiristora se aktivira kada srednja vrednost struje bilo kogtiristora IThAVpree podeenu vrednost:

maxThAVThAV II , AIThAV 1332max (6)gde je: IThAVmax- maksimalno dozvoljena srednja vrednost struje jednog tiristora.Zatita deluje sa vremenskom zadrkom od 10s. Prekostrujna zatita jekoncipirana tako da svojim dejstvom zatiti tiristore i rotor od pregerevanja usledpreoptereenja. Odrada ove zatite dovodi do prelaska na rezervni bloktiristorskih mostova, ako je ispravan. Ako rezervni blok tiristorskih mostova nijeispravan dolazi do ispada sistema pobude i agregata. Zatita ima samodranje.

Zatita od fazne nesimetrije se aktivira kada razlika izmeu struje jedne grane isrednje vrednosti struja svih grana bloka tiristorskih mostova pree podeenuvrednost:

BTMsrIBTMsrBTMx IkII 2 , 5.02 Ik (7)

gde su: IBTMsr- srednja vrednost struje svih grana bloka tiristorskih mostova, k I>>- koeficijent prorade. Zatita deluje sa vremenskom zadrkom od 2s. Moguirazlozi pojave nesimetrije izmeu faza su pregorevanje osiguraa u granitiristorskog mosta, kvar tiristora ili kvar u paljenju tiristora. Odrada ove zatitedovodi do prelaska na rezervni blok tiristorskih mostova, ako je ispravan. Akorezervni blok tiristorskih mostova nije ispravan dolazi do ispada sistema pobudei agregata. Zatita ima samodranje.

Pomou relejne kartice se kontrolie prisustvo napona +24V, +15V, -15V i+5V u reku paljenja tiristora i zatita tiristorskih mostova PTZ. Nestanaknapajanja u reku PTZ oznaava ispad bloka tiristorskih mostova i ukoliko je blokbio u radu dolazi do prelaska do prelaska na rezervni blok tiristorskih mostova,ako je ispravan. Ako rezervni blok tiristorskih mostova nije ispravan dolazi doispada sistema pobude i agregata. Zatita ima samodranje.

8. Akvizicioni sistem

Akvizicioni sistem kontinualno prati rad pobudnog sistema, omoguavamonitoring, detekciju i analizu eventualnih poremeaja u radu ovih ureaja. Radsistema je zasnovan na kontinuiranom prikupljanju i obradi analognih i digitalnihsignala koji su relevantni za rad ovih ureaja. Uestanost odabiranja analognihsignala je 5kHz po signalu, dok se digitalni signali skeniraju na svakih 10ms.Rad akvizicije je nezavisan, odnosno ne utie na rad pobudnog sistema.

67

5/21/2018 4759-19793-1-PB

22/27

Komunikacija sa korisnikom je omoguena preko ekrana osetljivog na dodir

panel PC raunara.Blok ema akvizicionog sistema je prikazana na slici 14:

Slika 14. Blok ema akvizicionog sistema

Akvizicioni sistem se sastoji iz: mernih pretvaraa, akvizicionih modula za analogne signale, akvizicionih modula za 24VDC digitalne signale, kuita u koje se smetaju akvizicioni moduli i preko koga komuniciraju

sa akvizicionim raunarom, akvizicionog industrijskog raunara sa ekranom osetljivim na dodir za

komunikaciju sa korisnikom.

Na akvizicionom sistemu se mogu pratiti trenutne vrednosti i oblicianalognih signala. Takoe, akvizicioni sistem omoguava snimanje analiognihsignala u fajlove i pregled i analizu dobijenih snimaka. Snimanje se moeinicirati runim nalogom ili pri ispunjenju uslova za triger. Triger se aktivira pripojavi odreenih digitalnih signala ili ukoliko neka od definisanih analognih

veliina pree donju ili gornju podeenu vrednost. Snimanje analognih signalase vri u fajlove sa ekstenzijom tdms, pri emu je omoguena i konverzijafajlova u txtformat.

Akvizicioni sistem daje prikaz trenutnog stanja digitalnih ulaznih signala ibelei njihove promene koje smeta u hronoloku listu dogaaja i poseban fajlza svaki dan. Promene digitalnih signala se belee u fajlovima sa ekstenzijomxls.

Izgled osnovnog prozora akvizicije je prikazan na slici 15.

68

5/21/2018 4759-19793-1-PB

23/27

Slika 15. Izgled osnovnog prozora sistema akvizicije

9. Snimci dinamikih odziva

U nastavku su prikazani snimci dinamikih odziva sistema pobude dobijenikorienjem sistema akvizicije.

Slika 16. Pobuivanje i razbuivanje - automatska regulacija

69

5/21/2018 4759-19793-1-PB

24/27

Slika 17. Pobuivanje i razbu

ivanje - rezervna regulacija

Slika 18. Step promena reference u praznom hodu - automatska regulacija

Slika 19. Step promena reference u praznom hodu - rezervna regulacija

70

5/21/2018 4759-19793-1-PB

25/27

Slika 20. Step promena reference na mrei

Slika 21. Odrada limitera minimalne pobude

Slika 22. Odrada limitera maksimalne struje pobude

71

5/21/2018 4759-19793-1-PB

26/27

Slika 23. Odrada limitera maksimalne struje statora

10. Zakljuak

Zamenom sistema pobude na generatoru bloka B1 u TE "Nikola Tesla B"poveana je pogonska spremnost sistema pobude i smanjena mogunostispada bloka usled kvara na sistemu pobude. Sistem pobude odlikuju brz odziv,visoka pouzdanost, mali gubici, jednostavno upravljanje i odravanje. Primenadigitalnih tehnologija i tiristorskih mostova omoguila je redundanciju i u

upravljakom i u energetskom delu sistema pobude. Ugradnjom dva blokatiristorskih mostova i dva regulatora postignuta je visoka pouzdanost sistema

pobude. Ugraeni akvizicioni sistem prua mogunost kontinualnog praenjarada sistema pobude i dijagnostikovanja eventualnih poremeaja u radu.

Literatura

[1] Z. iri, . Stoji, D. Joksimovi, S. Veinovi, M. Milinkovi, Sistem pobudebloka B1 u TE "Nikola Tesla B" - tehnika dokumentacija, Beograd, 2013.

[2] D. Arnautovi, Z. iri, . Stoji, D. Joksimovi, N. Miloji, Modernizacija,rekonstrukcija i razvoj statikih sistema pobude, Elektroprivreda, broj 4, str.

111-119, Beograd, 2008.[3] Application Manual - Power Semiconductor: Aplication Notes for Thyristors

and Rectifier Diodes, Semikron, 2011.

[4] Technical Information - Bipolar Semiconductors, Infineon, 2012.

[5] Z. iri, I. Stevanovi, ore Stoji, Dimenzionisanje energetske opreme zastatike sisteme pobude, 26. Savetovanje JUKO CIGRE, Banja Vruica -Tesli, 2003.

[6] D. Joksimovi, N. Miloji, Primena NI DAQ ureaja i Lab View-a umonitoringu sistema pobude sinhronih generatora, NI Days Srbija, Beograd,2008.

72

5/21/2018 4759-19793-1-PB

27/27

73

Abstract:This paper presents a technical solution for the replacement of

the excitation system of the unit B1 in TPP "Nikola Tesla B" as a part ofthe maintenance service in 2012. Since the generators of TPP "NikolaTesla B" have the greatest power in the power system of Serbia, it wasnecessary to achieve high reliability of the excitation system so that theprocess of producing electricity is not endangered Considering this, theimplemented excitation system uses modern technology with redundancyboth in the power and control blocks, which resulted in an increase in thehot reserve by 100%. In addition, it was necessary to adjust the excitationsystem to increased generator power and performance from 618MW to667.5MW. In this paper, the main parameters of the excitation system aregiven: the power, the excitation system control, the thyristor ignitionsystem, the event recorder system, the digital relay protection, as well asthe measuring and signaling functions.

Key words: excitation system, thyristor converter, digital regulator,

reconstruction, reliability, acquisitions

The Excitation System of 727.5 MVA Synchronous

Generator of the Unit B1 in TPP "Nikola Tesla B"

Rad primljen u urednitvo 28.10.2013. godineRad prihvaen 15.11.2013. godine