пусковое устройство одновального газотурбинного агрегата

Формула изобретения

Пусковое устройство одновального газотурбинного агрегата, содержащее устройство управления пуском, преобразователь частоты, соединенный через трансформатор пускового устройства и выключатель с шинами собственных нужд электростанции и через выключатель пускового устройства с выводами статорной обмотки турбогенератора, автоматический регулятор возбуждения, возбудитель с вращающимся выпрямителем, причем выход вращающегося выпрямителя соединен с цепью ротора турбогенератора и с контактными кольцами ротора, которые через скользящий контакт соединены с неподвижными контактными щетками, а ротор турбогенератора соединен механически с ротором газовой турбины, отличающееся тем, что дополнительно введен выпрямитель начального возбуждения, выход которого через контактор начального возбуждения соединен с цепью ротора турбогенератора через контактные кольца, а обмотка возбуждения возбудителя соединена через дополнительно введенные усилитель мощности и переключатель каналов управления с выходом устройства управления пуском и с выходом автоматического регулятора возбуждения, причем цепь питания выпрямителя начального возбуждения присоединена к шинам собственных нужд через трансформатор и выключатель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для пуска энергетического одновального газотурбинного агрегата, в котором в качестве разгонного двигателя используется турбогенератор, соединенный механически с валом газовой турбины. При пуске газовой турбины генератор работает в режиме синхронного двигателя.

Известно пусковое устройство одновального газотурбинного агрегата, содержащее турбогенератор в качестве разгонного двигателя (Е.А. Крутяков, П.А. Павлов, М.В. Пронин. Алгоритмы работы тиристорных пусковых устройств для турбогенераторов и синхронных двигателей производства АО "Электросила". Сборник "Электросила", 40, 2001 г., стр.53-59), принятое за прототип.

Устройство содержит преобразователь частоты, подключаемый на период пуска своим выходом через выключатель пускового устройства к выводам статорной обмотки турбогенератора для обеспечения питания его изменяемым напряжением переменной частоты. Устройство управления пуском связано с преобразователем частоты по каналам управления напряжением и частотой. Турбогенератор связан механически с валом турбины и имеет систему управления возбуждением, подающую ток в цепь ротора турбогенератора в режиме пуска газотурбинного агрегата. Особенностью прототипа является мощный источник тока возбуждения, подключаемый на время пуска к цепи ротора и не используемый в основном периоде эксплуатации турбогенератора.

С заявляемым техническим решением совпадают следующие элементы: устройство управления пуском, преобразователь частоты, турбогенератор, газовая турбина, выключатель трансформатора пускового устройства, выключатель пускового устройства, трансформатор пускового устройства, система управления возбуждением.

Устройство обеспечивает пуск агрегата при постоянной величине тока ротора. Ток ротора подводится на всем периоде пуска от внешнего источника через контактные щетки и контактные кольца ротора.

Недостатки прототипа заключаются в том, что для пуска агрегата необходим щеточно-контактный аппарат, рассчитанный на длительно протекающий ток, близкий к номинальному току ротора генератора. Для создания тока ротора в режиме пуска необходим мощный пусковой источник постоянного тока, который по окончании пуска не используют. Мощный щеточно-контактный аппарат, используемый только для пуска агрегата, при наличии бесщеточного возбудителя в основном периоде эксплуатации агрегата не загружен, является источником угольной пыли, создающей опасность перекрытий изоляции, и по этой причине он требует обслуживания.

Таким образом, ротор с мощными контактными кольцами и графитовыми щетками сохраняет недостатки традиционной конструкции. Кроме того, громоздкий щеточно-контактный аппарат увеличивает строительную длину агрегата и, вследствие этого, изменяет в нежелательную сторону жесткость вала. В свою очередь, увеличенные размеры агрегата требуют увеличения машинного зала.

При этом бесщеточный возбудитель, способный создать требуемый ток возбуждения, не используется в режиме пуска.

Технический результат предлагаемого решения заключается в замене внешнего мощного пускового источника тока возбуждения бесщеточным возбудителем. При этом в такой схеме пуска разгружаются контактные щетки ротора, поскольку они используются только в начальной стадии пуска и в этой стадии пуска загружаются небольшим током.

Технический результат достигается тем, что в пусковом устройстве одновального газотурбинного агрегата, содержащем устройство управления пуском, преобразователь частоты, соединенный через трансформатор пускового устройства и выключатель с шинами собственных нужд электростанции и через выключатель пускового устройства с выводами статорной обмотки турбогенератора, автоматический регулятор возбуждения, возбудитель с вращающимся выпрямителем, причем выход вращающегося выпрямителя соединен с цепью ротора турбогенератора и с контактными кольцами ротора, которые через скользящий контакт соединены с неподвижными контактными щетками, а ротор турбогенератора соединен механически с ротором газовой турбины, согласно изобретению дополнительно введен выпрямитель начального возбуждения, выход которого через контактор начального возбуждения соединен с цепью ротора турбогенератора через контактные кольца, а обмотка возбуждения возбудителя соединена через дополнительно введенные усилитель мощности и переключатель каналов управления с выходом устройства управления пуском и с выходом автоматического регулятора возбуждения, причем цепь питания выпрямителя начального возбуждения присоединена к шинам собственных нужд через трансформатор и выключатель. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором обозначены:

1 - устройство управления пуском,

2 - управление напряжением,

3 - управление частотой,

4 - управление возбуждением,

5 - преобразователь частоты,

6 - турбогенератор,

7 - вращающийся выпрямитель,

8 - возбудитель,

9 - газовая турбина,

10 - контактор начального возбуждения,

11 - выпрямитель начального возбуждения,

12 - усилитель мощности,

13 - переключатель каналов управления,

14 - автоматический регулятор возбуждения,

15 - выключатель возбуждения,

16 - выключатель блока начального возбуждения,

17 - выключатель трансформатора пускового устройства,

18 - выключатель генератора,

19 - выключатель пускового устройства,

20 - трансформатор блока начального возбуждения,

21 - трансформатор пускового устройства,

22 - трансформатор системы возбуждения,

23 - измерительный трансформатор напряжения,

24 - шины собственных нужд станции,

25 - шины главного распределительного устройства.

Преобразователь частоты 5 соединен через трансформатор пускового устройства 21 и выключатель 17 с шинами собственных нужд электростанции 24. Выводы статорной обмотки турбогенератора 6, соединенного механически с ротором газовой турбины 9 и используемого в качестве разгонного двигателя, подключены к выходу преобразователя частоты 5 через выключатель пускового устройства 19. Возбудитель 8 с вращающимся выпрямителем 7 установлен на валу турбогенератора, а выход вращающегося выпрямителя соединен с обмоткой ротора турбогенератора 6 и с контактными кольцами ротора. Контактные кольца ротора через скользящий контакт соединены с неподвижными контактными щетками.

Дополнительно введенные элементы: выпрямитель начального возбуждения 11, контактор начального возбуждения 10 и переключатель каналов управления 13 соединяют контактные щетки через контактор начального возбуждения 10 с выходом выпрямителя начального возбуждения 11, а обмотка возбуждения возбудителя 8 соединена через переключатель каналов управления 13 с выходом автоматического регулятора возбуждения 14.

В начале режима пуска предлагается кратковременно подавать возбуждение от специального пускового источника постоянного тока - выпрямителя начального возбуждения. Особенностью предлагаемого решения является то, что ток начального возбуждения подводят кратковременно через имеющиеся контактные кольца ротора, рассчитанные на малый ток. После достижения частоты вращения, достаточной для начала работы бесщеточного возбудителя, ток возбуждения разгонного двигателя обеспечивается бесщеточным возбудителем, а начальное возбуждение отключается.

В исходном положении (перед пуском агрегата) турбогенератор 6 отключен от шин станции выключателем генератора 18. Подготовку к пуску производят так. Включают устройство управления пуском 1 и выключателем 17 - питание преобразователя частоты 5. После этого выключателем 16 и контактором 10 включают начальное возбуждение. После установления тока начального возбуждения (примерно через 20 секунд) выключателями 17 и 19 включают преобразователь частоты 5.

В режиме пуска выход автоматического регулятора возбуждения 14 отключен переключателем каналов управления 13, а усилитель мощности 12 подключен через переключатель каналов управления 13 к устройству управления пуском 1.

Устройство управления пуском 1 по заданной временной программе начинает увеличивать напряжение (по каналу 2) и частоту напряжения на выходе преобразователя частоты 5 (по каналу 3). Турбогенератор 6 втягивается в синхронизм и создает электромагнитный момент, требуемый для разгона ротора по заданному во времени графику пуска. При достижении ротором частоты вращения, достаточной для начала работы возбудителя, начинают по программе изменять ток возбуждения возбудителя.

Когда частота достигает величины, достаточной для того, чтобы напряжение на выходе возбудителя превысило напряжение начального возбуждения, выпрямитель начального возбуждения запирается встречным напряжением вращающегося выпрямителя, и ток начального возбуждения прекращается, а дальнейшее управление током ротора производится через обмотку возбуждения возбудителя.

После прекращения тока начального возбуждения контактор 10 и выключатель 16 отключают. Устройство управления пуском 1 по заданной временной программе продолжает увеличивать частоту вращения ротора агрегата до заданной величины, которая определяется условиями, требуемыми для начала работы камеры сгорания газовой турбины. При совместной работе турбины и пускового устройства достигают устойчивой самоходности турбины, после чего отключают преобразователь частоты 5, а устройство управления пуском 1 переключателем каналов управления 13 переводит автоматический регулятор возбуждения 14 в режим готовности к поддержанию напряжения генератора.

В режиме пуска по достижении ротором некоторой начальной частоты вращения в обмотку возбуждения возбудителя подают ток с выхода усилителя мощности. Таким образом, регулируя очень небольшой по величине ток возбуждения возбудителя, устанавливают ток в обмотке ротора генератора, требуемый в режиме пуска после прекращения тока начального возбуждения. Управление возбуждением возбудителя при пуске агрегата производится по каналу 4 с выхода устройства управления пуском. Выход усилителя мощности соединен с обмоткой возбуждения возбудителя через переключатель каналов управления. Таким образом, обмотка возбуждения возбудителя соединена через переключатель каналов управления с выходом устройства управления пуском и с выходом автоматического регулятора возбуждения.

В режиме пуска цепь питания усилителя мощности 12 присоединена к шинам собственных нужд 24 через трансформатор 22 и выключатель 15, как показано на чертеже, или от аккумуляторной батареи.

На коротком периоде преодоления начального участка графика пуска агрегата, пока возбудитель не может работать эффективно, начальное возбуждение подают в цепь ротора генератора через маломощные контактные кольца, имеющиеся у генератора и предназначенные для контроля изоляции ротора. Для создания кратковременно протекающего тока начального возбуждения в схему вводится сравнительно маломощный выпрямитель начального возбуждения.

Технический результат изобретения достигается благодаря дополнению бесщеточного возбудителя новыми элементами (контактором начального возбуждения, выключателем блока начального возбуждения, выпрямителем начального возбуждения, переключателем каналов управления) и связями между указанными элементами. Благодаря новому решению возбудитель с вращающимся выпрямителем становится возможным использовать дополнительно для возбуждения синхронной машины в режиме пуска газовой турбины, т.е. для выполнения новой функции. Технический результат изобретения - устранение мощного щеточно-контактного аппарата, требующего регулярного обслуживания, снижающего ресурс агрегата и его надежность.

Предлагаемое решение позволяет также уменьшить затраты на оборудование, а конструкцию генератора выполнить более компактной.