1.7. Первичные регуляторы частоты вращения турбин

В начальный период развития ЭЭС поддержание частоты на определенном уровне возлагалось на центробежные регуляторы частоты вращения - АРЧВ, которыми снабжаются все тепловые и гидравлические турбины. Эти регуляторы получили наименование первичных регуляторов.

Принцип устройства АРЧВ показан на рис. 1.5

Рис. 1.5. Принципы устройства и действия первичного регулятора частоты вращения турбины.

Измерительным органом АРЧВ является центробежный маятник 1, вращаемый ротором турбины или синхронным электродвигателем, который питается напряжением от специального измерительного генератора, связанного с валом турбины. При уменьшении частоты вращения и понижение частоты сети шары маятника опускаются и его муфта из положения А перемещается в положение А₁. При этом рычаг АВ, поворачиваясь относительно точки В, опускает шар Б в положение Б₁ и поворачивает рычаг ГЕ относительно точки Г. В результате перемещается вниз поршень золотника 2 и масло под давлением поступает под поршень масляного двигателя 3. Поршень поднимается и увеличивает впуск энергоносителя (пара или воды) в турбину, что приводит к увеличению частоты вращения и перемещению муфты маятника в положение А₂.

Одновременно рычаг АВ, поворачиваясь относительно точки А₂, поднимает шарнир Б, а также точки Д и Е рычага ГЕ в прежнее положение, что приводит к закрытию золотника и прекращению процесса регулирования. Новому положению поршня масляного двигателя 3 и соответственно новому положению муфты в точке А₂ соответствует меньшая, чем была, частота вращения маятника 1, а следовательно, и ротора турбины. Таким образом, рассмотренный АРЧВ компенсирует возросшую нагрузку турбины увеличением впуска пара (или воды), но не возвращает частоту вращения турбины к первоначальному значению. Такие АРЧВ называются статическими.

Для восстановления номинального значения частоты вращения в АРЧВ, а также для ручного управления турбиной предусмотрен специальный механизм управления турбиной (МУТ) (блок 4 рис. 1.5.), с помощью которого можно изменять положение точки Г. Так, при перемещении точки Г вверх рычаг ГЕ повернется относительно точки Д и опустит поршень золотника 2. При этом масляный двигатель 3 увеличит впуск пара (или воды), частота вращения турбины увеличится и муфта маятника вернется в исходное положение А. Механизм управления турбиной имеет дистанционное управление с помощью электродвигателя 5.

Наряду с рассмотренными имеются АРЧВ, которые возвращают частоту вращения турбины к первоначальному значению – астатические АРЧВ.

1.8. Характеристики регулирования частоты вращения турбин и электрической части сети

Первичные регуляторы частоты вращения турбин, а также вторичные регуляторы частоты сети могут иметь характеристики регулирования двух типов: астатическую и статическую.

Регулятор, имеющий астатическую характеристику, поддерживает частоту вращения n или частоту сети f неизменной при изменении нагрузки генератора от холостого хода до номинальной, что является положительным свойством регулирования по этой характеристике. Недостатком же этого вида регулирования является невозможность параллельной работы нескольких генераторов из-за неопределенности в распределении нагрузки между ними.

Рис. 1.6. Статическая (1) и астатическая (2) характеристики регулирования.

Так, если параллельно работают два генератора с астатическими АРЧВ и при номинальной частоте они имеют определенную загрузку, то при понижении частоты оба регулятора начнут загружать свои генераторы, стремясь восстановить частоту. При этом они будут загружаться совершенно произвольно, и может даже оказаться, что генератор, регулятор которого оказался более чувствительным, воспримет всю дополнительную нагрузку. Второй генератор не загрузится совсем или начнет загружаться только тогда, когда нагрузка первого генератора достигнет максимальной, а частота еще не восстановится.

Применение АРЧВ со статическими характеристиками в случае параллельной работы нескольких генераторов обеспечивает их устойчивую работу и заданное распределение нагрузки между ними.

Так, если при частоте f₁ два генератора работали параллельно (см. рис. 1.7.) и по своим характеристикам несли нагрузку Р₁ и Р₂, то при понижении частоты до значения f₂ каждый генератор загрузится до вполне определенной величины и соответственно. Изменяя наклон характеристики АРЧВ, можно обеспечить необходимое долевое участие генераторов в регулировании нагрузки электростанции. Рассмотренная особенность является положительным свойством регулирования по статическим характеристикам. Недостатком же роботы по статическим характеристикам является невозможность поддержания неизменной частоты.

Рис. 1.7. Распределение нагрузки между параллельно работающими агрегатами, оснащенными АРЧВ со статическими характеристиками.

Отклонение частоты сети от номинального значения зависит от коэффициента статизма регулятора, который определяется как отношение изменения частоты сети к изменению нагрузки, Гц/МВт:

, (1.9.)