Studiu privind inlocuirea sistemelor de excitatie rotative cu sisteme de excitatie statice la grupurile din cascada Arges Aval'

,,Studiu privind inlocuirea sistemelor de excitatie rotative cu sisteme de excitatie statice la grupurile din cascada Arges Aval''

Faza 1: "Prezentarea situatiei actuale, a solutiilor de sisteme de excitatie statica oportune si a

0. INTRODUCERE.

0.1. Punerea problemei

In Conformitate cu tema de continut a contractului in cadrul primei faze a lucrarii cu titlul Prezentarea situatiei actuale, a solutiilor de sisteme de excitatie statica oportune si a solutiei recomandata de autorii studiului si termen de realizare 15.09.2007 trebuie rezolvate urmatoarele probleme:

- Prezentarea situatiei existente la echipamentele de excitatie din centralele din cascada Arges aval evidentiindu-se partile slabe ale instalatiilor de excitatie actuale, cu justificarea tehnica a necesitatii de inlocuire a acestora.

- Analiza si prezentare comparativa a solutiilor de sisteme de excitatie statice, oportune si fezabile de aplicat la grupurile aferente cascadei Arges Aval. Prezentarea propunerii ICEMENERG de solutie (sau solutii) de excitatie pentru inlocuirea schemelor actuale.

- Se vor prezenta si alte sisteme de excitatie.

0.2.Prezentare generala si Clasificare scheme de excitatie pentru HG.

In general sistemul de excitatie aferent unui hidrogenerator din sistemul energetic national este compus din doua elemente principale dupa cum urmeaza:

a. Partea de comanda, reglaj, supraveghere si protectie, cunoscuta in general sub numele de Regulatorul Automat de Tensiune - RAT.

b. Partea de forta care asigura energia de c.c. necesara excitarii generatorului si care are ca element principal o Sursa de Curent Continuu Reglabila de mare putere, 100 - 3500 kVA, comandata de catre RAT (denumita si SCCR - sau "Exciter" in limbajul Standard CEI sau IEEE / ANSI), a carei componenta poate fi una din urmatoarele:

b.1. Redresor cu diode stationar sau rotativ in circuitul rotoric al HG, alimentat cu o tensiune variabila livrata de o masina excitatoare de c.a. normala respectiv inversata (comandata de RAT care livreaza c.c. variabil pe infasurarea de excitatie a excitatoarei) (reglaj indirect de tensiune).

b.2. Masina excitatoare de c.c. care alimenteaza direct rotorul HG cu parametri de c.c. variabili (comandata de RAT care livreaza c.c. variabil pe infasurarea de excitatie a excitatoarei); (reglaj indirect de tensiune).

b.3. Redresor cu tiristoare stationar complet comandat de catre RAT in circuitul rotoric al HG, si alimentat cu o tensiune fixa de la o masina de c.a. plasata pe axul HG, sau de la un transformator conectat la barele de servicii proprii ale centralei sau la bornele HG (reglaj direct de tensiune).

In practica actuala a sistemelor de excitatie exista mai multe clasificari ale acestora; prezentam mai jos pe scurt unele din cele mai intalnite cu referire la echipamentele de excitatie aferente HG din sucursalele Hidroelectrica SA:

A. Dupa tipul constructiv al Regulatorului Automat de Tensiune, (partea de comanda, reglaj si supraveghere):

A1. Cu RAT de tip analogic.

RAT cu amplificatoare magnetice: RAT tip SAREX 42 A (ca la CHE Vidraru, Golesti); RAT tip SIEMENS (ca la CHE Mariselu, Hg1 CHE Cerbureni, Hg2 CHE Bascov, si cum au fost la CHE Oiesti, Albesti, Valea Iasului); sau tip RAE de fabricatie ICEMENERG (unele HG de pe cascada Arges Aval 2: Hg1 Baiculesti, Hg1 si Hg2 CHE Merisani si Budeasa); etc.

RAT de tip electronic clasic: RAT SAREX T50 ce echipeaza de obicei masini de c.c. sau masini de c.a. inversate cu redresor rotativ cu diode (CHE Tismana-Subteran, CHE Motru, etc); echipamentele de excitatie statica tip SISTEX 01-MH de fabricatie ICEMENERG; RAT din echipamentele de excitatie statica cu transformator fabricatie Electrotehnica Bucuresti, etc (ambele tipuri la centralele cu grupuri bulb de pe Olt respectiv 7 din grupurile bulb din CHE Portile de Fier II si Gogosu);

A2. Cu RAT de tip digital: RAT cu Automate Programabile fabricate recent de ICPE-ACTEL (majoritatea Hg din CHE Arges Aval; HG1 din CHE Remeti; ambele HG din CHE Sugag, etc); RAT cu structura de tip Calculator de Proces dedicata de fabricatie import ABB tip UNITROL F sau UNITROL 1000 (HG de la toate CHE de pe Olt din cadrul SH Sibiu); tip PSR2 - UNITROL de la HG din CHE Portile de Fier 1; furniturile WA TECH - ELLIN tip THYNE6 aferente HG 3, 4 , 5 din CHE Portile de Fier 2; etc.

B. Dupa tipul sursei de energie de forta din componenta SCCR :

B1. Echipamente de excitatie statice:

S Cu transformator de forta derivatie de la borne sau din serviciile interne ale grupului (statice cu transformator derivatie: in Hidroelectrica doar la grupurile bulb din CHE de pe Olt-SH Slatina respectiv din CHE Portile de Fier 2).

S Combinatie de transformatoare derivatie si serie cu alimentare de la bornele generatorului (statice cu compoundaj de la bornele HG: la CHE Lotru ).

B2. Echipamente de excitatie rotative:

S Cu masina rotativa de curent continuu: CHE Mariselu, CHE Vidraru, si toate HG din CHE Arges Aval 1 si Aval 2 cu exceptia CHE Golesti etc.

S Cu masina rotativa de curent alternativ: cu excitatoare ce c.a. normala si redresor cu tiristoare stationar (CHE Portile de Fier 1) respectiv excitatoare ce c.a inversata si redresor cu diode rotative (CHE Golesti, CHE Sugag; CHE Golesti; CHE Remeti; CHE Ruieni; etc.).

C. Dupa tipul modalitatii de reglaj, respectiv dupa locul in care se gaseste elementul reglabil comandat cu care se variaza parametrii de excitatie ai hidrogeneratoarelor deservite:

C1. Echipamente de excitatie cu reglaj direct: cele cu redresor cu tiristoare complet comandat aflat in circuitul rotoric al HG deservit: sunt cele cu redresorul alimentat de la o masina rotativa de c.a. normala pe ax, respectiv cele cu redresorul alimentat de la un transformator derivatie de la borne sau din SP sau cele cu compoundaj - combinatie de transformatoare de la borne.

C2. Echipamente de excitatie cu reglaj indirect: cele cu masina de c.c. pe ax respectiv cele cu masina de c.a. inversata si redresor rotativ cu diode (cu varierea parametrilor de excitatie ai HG deservit prin varierea excitatiei masinii excitatoare).

D. Dupa rapiditatea de actiune a RAT din componenta, in timpul regimurilor tranzitorii.

D1. Echipamente de excitatie rapide sau cu un raspuns initial inalt : cele la care timpul de raspuns in tensiunea de excitatie la fortare este mai mic decat 0,1 secunde. In general aceasta performsanta poate fi realizata doar de schemele de excitatie cu reglaj direct (cele cu redresor cu tiristoare complet comandat in circuitul rotoric al HG deservit din schemele statice sau rotative cu masina de c.a. normala pe ax).

D1. Echipamente de excitatie lente: cele la care timpul de raspuns in tensiunea de excitatie la fortare este mai mare de 0,1 secunde. In general se intalneste la schemele de excitatie cu reglaj indirect, adica excitatoare pe ax si RAT electronic sau digital in excitatia excitatoarei (adica schema statica de excitatie cu raspuns initial inalt in circuitul de excitatie al excitatoarei):

- cu excitatoare de c.c. pe axul Hg: timp de raspuns in tensiunea de excitatie la fortare de cca. 0,20 - 0,30 secunde.

- cu masina de c.a. inversata pe axul Hg si redresor rotativ cu diode: timp de raspuns in tensiunea de excitatie la fortare de cca. 0,25 - 0,45 secunde (timpii mai mari la excitatoarele inversate cu frecventa tensiunii de c.a. la borne mai mica de 50 Hz).

Nota:

Pe langa cele precizate mai sus mai trebuie adaugate urmatoarele:

1. In toate cazurile de echipamente de excitatie cu masina rotativa si reglaj indirect, sursa de excitatie pentru excitatoare este o Sursa de Curent Continuu Reglabila de tip static cu tiristoare sau cu amplificatoare magnetice + punte cu diode, cu alimentare in c.a. prin transformator de la borne (autoexcitatie) sau din serviciile interne ale centralei (excitatie independenta). In solutia cu autoexcitatie si excitatoare de c.a. se mai adauga un circuit de amorsare a excitatiei de la bateria centralei, sau cu redresor necomandat alimentat din SP (asa numitul BEM - Bloc de Excitare Manuala existent actualmente in toate centralele Arges Aval 1 si 2).

2. Se constata ca in aceasta clasificare nu s-a specificat tipul de echipament cu masina rotativa de c.a. si redresor stationar cu diode, deoarece in sucursalele hidro de la noi nu exista HG cu o astfel de dotare si de altfel este pe cale de disparitie in SEN; se mai utilizeaza actualmente doar la 4 grupuri turbo din CTE Deva si cate 1 grup la CTE Iernut respectiv CTE Borzesti, toate grupuri de 200 MW rusesti.

3. Din punct de vedere numeric in cadrul sucursalelor Hidroelectrica SA cel mai raspandit tip de echipamente de excitatie sunt cele cu masini excitatoare de c.a. inversate si diode rotative, adica cele cu reglaj indirect al parametrilor de excitatie ai HG deservit (datorita avantajelor de spatiu redus pentru amplasare pe care le prezinta si care sunt foarte importante intr-o centrala de tip hidro de la noi, cu amplasare subterana a echipamentelor).

4. In aceasta perioada se constata in sucursalele Hidroelectrica tendinta de inlocuire a schemelor de excitatie cu excitatoare de c.c. vechi (chiar si cele relativ noi sub 20 ani de exploatare cum sunt cele de pe raul Olt) cu scheme de excitatie cu masini de c.a. inversate si redresoare rotative cu diode sau cu scheme de excitatie statica; (in principal datorita dezavantajelor pe care le prezinta in exploatarea de lunga durata a excitatoarele de c.c. care vor fi prezentate mai jos in capitolul urmator al prezentei lucrari).

5. Echipamente de excitatie cu masina rotativa de c.a. si redresor cu tiristoare in rotorul HG (deci tipul cu excitatoare de c.a. si reglaj direct) exista numai la: CHE Portile de Fier 1 (cu RAT digital) provenind din inlocuirea celor vechi (de acelasi tip dar de fabricatie exsovietica) de catre ALSTHOM Power in cadrul actiunii de retehnologizare a centralei (excitatoarele cu sistem de excitatie cu transformator alimentat de la bornele acestora) si la CHE Stejaru (cu excitatoare cu sistem propriu de excitatie cu compoundaj de fabricatie CKD - Praha si modernizate de ICPE-Actel din anii 1984 - 1987).

1. Prezentarea situatiei existente la echipamentele de excitatie din centralele din cascada Arges aval evidentiindu-se partile slabe ale instalatiilor de excitatie actuale, cu justificarea tehnica a necesitatii de inlocuire a acestora.

1.1. Prezentarea situatiei actuale. Date generale, tip si structura

In cadrul analizei de stare tehnica a echipamentelor de excitatie din componenta Cascadei Arges s-au analizat echipamentele de excitatie si RAT aferente grupurilor din urmatoarele 15 centrale aflate pe raul Arges, aval de Vidraru:

1. CHE Oiesti (2 x 7,965 MW) - an p.i.f. - 1967

2. CHE Albesti (2 x 7,965 MW) - an p.i.f. - 1967

3. CHE Cerbureni (2 x 7,965 MW) - an p.i.f. - 1968

4. CHE Valea Iasului (2 x 7,965 MW) - an p.i.f. - 1968

5. CHE Curtea de Arges (2 x 3,870 MW) - an p.i.f. - 1972

6. CHE Noaptes (2 x 7,965 MW) - an p.i.f. - 1971

7. CHE Zigoneni (2 x 7,965 MW) - an p.i.f. - 1974

8. CHE Baiculesti (2 x 7,965 MW) - an p.i.f. - 1974

9. CHE Manicesti (2 x 5,760 MW) an p.i.f. - 1975

10.CHE Valcele (2 x 7,965 MW) an p.i.f. - 1975

11.CHE Merisani (2 x 5,760 MW) an p.i.f. - 1976

12.CHE Budeasa (2x5,760 MW) an p.i.f. - 1978

13.CHE Bascov (2 x 3,870 MW) an p.i.f. - 1971

14.CHE Pitesti (2 x 3,870 MW) an p.i.f. - 1972

15.CHE Golesti (2 x ,4.005 MW) an p.i.f. - 1983

Din punct de vedere al modalitatii reglajului de tensiune la toate centralele analizate si care fac obiectul lucrarii avem de-a face cu reglaj indirect al tensiunii de la borne: varierea parametrilor de excitatie ai HG (si implicit a tensiunii si puterii reactive de la borne) se realizeaza prin varierea parametrilor de excitatie ai excitatoarei de pe axul HG, prin intermediul RAT (care este de fapt o schema de excitatie statica cu alimentare prin transformator din bornele HG sau din SI).

Din punct de vedere constructiv al tipului sursei de c.c. reglable si al echipamentului de reglaj din componenta excitatiilor avem de-a face cu urmatoarele 2 tipuri de scheme de excitatie:

1.1.1. Schema cu Masina excitatoare de c.c. la centralele 1-14 din lista de mai sus (De la CHE Oiesti pana la CHE Pitesti inclusiv, la fel ca la CHE Vidraru) de constructie ICM Resita;

Curentul continuu reglabil din infasurarile de excitatie ale excitatoarei de c.c. se obtine de la circuitele de mai jos:

a. Circuit de excitatie derivatie (de autoexcitatie) de la bornele infasurarii indusului (reostat shunt serie cu infasurarea de excitare alimentat cu tensiunea de c.c. de la bornele masinii de c.c.);

b. Circuit (sursa) de excitatie independenta care poate fi, prin alegere, unul din urmatoarele:

b1. Echipamentul RAT (sursa de excitatie de tip static comandata, alimentata cu 3 x 0,4kV de la borne sau din SPB) .

b2. Echipamentul BEM - Blocul de Excitare Manuala - sursa de excitatie de tip static cu diode alimentata cu 3 x 0,4kV din SPB compusa din:

Transformator trifazat alimentat prin intermediul unui contactor din serviciile interne de 3x0,4kV care alimenteaza,

O punte cu diode trifazata care debiteaza pe infasurarea de excitatie a excitatoarei printr-un

Reostat de reglaj cu actionare prin motor;

Contactor de c.c. de legatura la infasurarea de excitatie a excitatoarei.

Reglajul curentului de excitatie al excitatoarei (si implicit al HG) se face:

- exclusiv in modul MANUAL, in solutia de autoexcitatie, cu ajutorul reostatului de camp (shunt) serie cu infasurarea de excitatie.

- in modul automat sau manual in solutia cu RAT:

* In cazul RAT Siemens 9806 A sau RAE-ICEMENERG prin varierea curentilor Amplificatoarelor Magnetice de pe cele doua canale (de excitare si dezexcitare) efectuat la nivelul infasurarilor de comanda ale AM. Schimbarea modului de reglaj la RAT (Automat sau Manual) se face fara reconfigurarea solutiei de excitatie si in mod controlat (cu egalizarea curentilor pe iesire); trecerea pe autoexcitatie se face numai cu HG oprit (prin comutarea contactoarelor de racord ale celor doua circuite la infasurarea de excitatie).

* In cazul RAT ICPE-Actel prin varierea curentului de iesire din puntile de tiristoare de pe iesire. Schimbarea modului de reglaj (Automat sau Manual) se face fara reconfigurarea solutiei de excitatie si in mod controlat.

- exclusiv in modul MANUAL - in cazul avarierii complete a RAT prin Blocul de Excitare Manuala,

Din punctul de vedere al modalitatii de stingere a campului, la schemele cu excitatoare de c.c. s-au intalnit 3 sisteme distincte:

* Cu Contactor de c.c. tip ABB de 800A si 600 V, bipolar si contact auxiliar de forta pentru introducerea rezistentei de stingere. Acestea au fost montate in anii 2005 - 2007.

* Cu contactor bipolar tip CLEV - 1000 A si 750 V : contactele principale pe cele 2 cai de alimentare rotor si contact auxiliar de forta pentru introducerea rezistentei de stingere.

* Cu AGP 12 de 1250 A si 500 V, (monopolar montate pe polaritatea (+) si fara rezistente de stingere a campului).

Ultimele 2 sisteme sunt cele de la punerea in functiune a centralelor respective, si sunt in curs de inlocuire cu aparate de primul tip mentionat mai sus.

1.1.2. Schema cu masina excitatoare de c.a. inversata si redresor rotativ cu diode in circuitul rotoric al HG (sistem de excitatie fara perii la Hg1 si Hg2 din CHE Golesti).

Curentul continuu reglabil necesar la infasurarea de excitatie a masinii de c.a. inversate se obtine prin activarea la alegere, de catre automatica echipamentului sau la comanda voita, a unuia din circuitele de mai jos:

a. Circuitul de excitatie independent - BEM (Bloc de Excitare Manuala) in aceeasi compunere ca mai sus.

b. Circuitul (sursa) de excitatie independenta care este:

* constituit la Hg2 din: RAT cu amplificatoare magnetice - SAREX 42A - ICEMENERG: de tip static cu redresoare cu diode alimentate pe partea de c.a. cu tensiuni reglabile furnizate de grupaje trifazate de amplificatoare magnetice avand circuitele de lucru racordate prin trafo trifazat la barele SPB 0,4 kV.

* constituit la HG1 din: RAT cu tiristoare tip ICPE Actel (de tip static cu redresoare cu tiristoare racordate la barele SPB 0,4 kV).     

Reglajul curentului de excitatie al excitatoarei (si implicit al HG) se face:

- exclusiv in modul MANUAL, in solutia a. de mai sus, cu ajutorul reostatului de reglaj serie cu infasurarea de excitatie a excitatoarei.

- in modul automat sau manual in solutia cu RAT,la fel ca modul indicat mai sus la capitolul 1.1.1..

La acest tip de schema nu exista echipament de dezexcitare.

Anexat in cele ce urmeaza sunt prezentate schemele principiale ale sistemelor de excitatie existente la centralele in discutie: schemele cu RAT digital furnitura ICPE Actel si RAT SAREX-42A furnitura ICEMENERG; schema cu RAE tip ICEMENERG este total similara cu cea cu SAREX 42A, cu deosebirea ca Amplificatoarele magnetice de forta de pe cele 2 iesiri sunt bifazate, si implicit transformatorul de alimentare este bifazat cu alimentare de la bornele HG

In Fig. 1. este prezentata Schema principiala de excitatie cu excitatoare de c.c. si RAT digital ICPE Actel - SRAT N50 cu alimentare din 3x0.4 kV Servicii Interne, schema care se gaseste implementata la un nr. de. 20 hidrogeneratoare: la ambele HG din CHE Oiesti, Albesti, Valea Iasului, Curtea de Arges, Noaptes, Zigoneni, Valcele, Pitesti; la Hg2 Cerbureni; la Hg2 Baiculesti; la Hg2 Manicesti; la Hg1 Bascov.

In Fig. 2. este prezentata Schema principiala de excitatie cu excitatoare de c.a. inversata si redresor rotativ cu diode, si RAT digital ICPE Actel - SRAT N50 cu alimentare din 3x0.4 kV Servicii Interne, schema care se gaseste implementata la Hg1 din CHE Golesti.

In Fig. 3. este prezentata Schema principiala de excitatie cu excitatoare de c.a. inversata si redresor rotativ cu diode, si RAT cu amplificatoare magnetice SAREX 42A cu alimentare din 3x0.4 kV Servicii Interne, schema care se gaseste implementata la Hg2 din CHE Golesti.

Schemele cu RAE - ICEMENERG si RAT Siemens cu amplificatoare magnetice sunt similare cu cele cu SAREX 42 A. (singura deosebire este ca cele 2 amplificatoare magnetice de forta - finale sunt monofazate, iar transformatorul de alimentare al acestora este bifazat, alimentat de la bornele de 6 kV ale respectivelor HG).

1.2. Analiza starii tehnice actuale a echipamentelor de excitatie aferente CHE din componenta cascadei Arges-Aval. Justificarea tehnica a necesitatii de inlocuire a actualelor echipamente de excitatie.

1.2.1. Partea de forta a echipamentului.

a. Excitatoarele de c.c. au puteri cuprinse intre 65 kW si 95 kW si tensiuni la borne de 220V sau 230V c.c. ; in toate cazurile sunt aceleasi de la punerea in functiune, deci au varste cuprinse intre 39-40 ani la Centralele 1-4 respectiv intre 30 - 36 ani la centralele 5-14. Din punctul de vedere al nr. de ore de functionare se poate afirma ca practic aceste utilaje si-au consumat durata de viata normata.

In nici una din centrale nu au avut loc incidente majore cu aceste masini care sa justifice inlocuirea totala a acestora. La toate aceste masini au avut loc defecte "normale", obisnuite la acest tip de echipamente si care au fost rezolvate de echipele de reparatii ale Hidroserv Curtea de Arges sau ale furnizorului ICM Resita. Dintre acestea mentionam:

- scurtcircuite intre lamelele colectoarelor si puneri la masa, datorate in special prafului de carbune de la periile colectoare combinat cu umezeala excesiva existenta in sala de masini a centralei.

- puneri la masa a infasurarii polilor principali, si foarte des scaderea izolatiei fata de masa a infasurarilor respective datorate in special prafului de carbune cazut de la perii combinat cu umezeala sau cu uleiul scurs de la lagare.

- deplasari din lacas a unora din polii principali sau auxiliari;

- foarte rar a fost nevoie de strunjirea colectoarelor (o data la 4-5 ani sau mai rar), astfel ca se poate spune ca in toate cazurile acestea sunt departe de cota minima.

Dintre problemele mentionate mai sus trebuie atentionat in special asupra inconvenientului major al schemei cu masini de c.c.: la majoritatea excitatoarelor cel putin o data pe saptamana trebuie verificata rezistenta de izolatie. Foarte des infasurarile polilor principali, colectoarele si rotorul trebuie curatate prin spalare pentru indepartarea prafului de carbune, in vederea obtinerii rezistentei de izolatie necesara pentru punerea sub tensiune (cel putin 0,5 Mohmi) si pornirea agregatului. Practic praful de carbune in amestec cu uleiul reprezinta o sursa de defectare permanenta pentru aceste masini.

Un alt inconvenient important al acestor scheme de excitatie din toate centralele analizate reprezinta faptul ca excitatoarele - elementul esential din schema - prezinta redondanta nula; in cazul unui defect in acestea, oricat de putin important, scoate din functiune HG pe perioada remedierii defectului, perioada care de fiecare data este de durata a cateva zile. Spre exemplu pentru refacerea izolatiei unei excitatoare de c.c. (care nu reprezinta un defect net) este necesara scoaterea HG din functiune cel putin pe durata a 3-4 zile.

Este absolut. evident ca din punct de vedere al lucrarilor de mentenanta, schemele cu masini de c.c. sunt net dezavantajate fata de schemele statice de excitatie la care elementul echivalent, sursa de c.c. reglabila formata din transformator + redresor cu tiristoare practice nu necesita lucrari de mentenanta.

Din punctul de vedere al starii fizice si tehnice ale acestor excitatoare, desi foarte batrane, cu durata de viata epuizata, se poate concluziona ca ele nu prezinta inca necesitatea inlocuirii imediate, dar se impune evident cautarea unei solutii de inlocuire care sa poata fi aplicata la momentul luarii deciziei. In majoritatea centralelor hidro care au avut sau au astfel de scheme s-a luat decizia de inlocuire si exista programe in derulare (a se vedea centralele de pe raul Olt inferior).

b. Masinile excitatoare de c.a. inversate cu redresoarele asociate lor,

de la CHE Golesti puse in functiune in 1983, deci au acumulat cca. 24 ani de functionare)

Sunt aceleasi de la p.i.f.; reprezinta un subansamblu relativ fiabil al echipamentului de excitatie, caruia nu i s-au datorat perioade de indisponibilitate a HG.

Starea fizica a masinilor excitatoare este foarte buna, atat in ceea ce priveste starea izolatiei, cat si a caracteristicilor pe care le realizeaza (practic similare cu cele de la p.i.f.); lucrarile de mentenanta care se executa sunt cele obisnuite pentru aceasta categorie de instalatii.

Deasemeni si redresoarele rotative cu diode prezinta o stare foarte buna; incidentul major care se mai intampla la aceste elemente este arderea unei diode (destul de rar, in medie 1- 2 pe an).

Marele dezavantaj introdus in schemele respective de aceste elemente este constanta de timp foarte mare din lantul de reglaj (minim 0,2 secunde), care nu poate fi surmontata de rapiditatea RAT oricat de buna ar fi ea.

c. Sistemele de dezexcitare din schemele cu excitatoare de c.c..

Din analiza facuta s-au constatat urmatoarele:

S Intrerupatoarele de tip CLEV (1 buc) de fabricatie cehoslovaca - ani de fabricatie si instalare intre 1967 -1970; pentru acest fel de elemente durata de viata garantata este data de fabricant in nr. de actionari mecanice si nr. de actionari cu sarcina pe ele. Pentru acest tip de elemente acest numar variaza intre 5000 si 10 000 de actionari mecanice. Avandu-se in vedere regimul de lucru al acestor HG, majoritar in regim de varf de sarcina, se constata ca toate aceste elemente au depasit cu mult acest numar, si prin urmare si-au epuizat complet durata normata de viata. Din acest motiv sunt justificate toate problemele date in exploatare de aceste intrerupatoare:

- contactele de forta (din aliaj pe baza de grafit) au trebuit sa fie inlocuite in multe locuri cu altele fabricate in atelierul de reparatii al Sucursalei (uzina ceha nu mai fabrica de mult astfel de elemente, si ca urmare nu se pot procura piese de schimb).

- sistemul de zavorare se defecteaza foarte des si ca urmare si acesta este reparat local, iar in multe locuri s-a fabricat in totalitate;

- bobinele de actionare se ard relativ des si trebuie deasemeni sa fie rebobinate din nou;

La toate acestea se mai adauga si dezavantajul redondantei nule a elementului respectiv: pe durata remedierii defectului la ADR, HG respectiv este scos din exploatare.

Exista toate motivele pentru inlocuirea rapida a acestor aparate ADR cu contactoarele de tip ABB utilizate deja la celelalte masini de c.c..

S Automatele de tip AGP 12 (in nr de 6 buc), desi mai tinere decat intrerupatoarele CLEV, au acumulat si ele un numar foarte mare de actionari, cu mult peste nr. maxim garantat de furnizorul acestora.

Furnizorul specifica dimensionarea AGP pentru un numar de 5000 de actionari (duble: cuplare si decuplare) din care: 2000 de actionari cu decuplarea curentului nominal sau 56 de actionari cu decuplarea unui curent dublu decat cel nominal al AGP (2x1200 A).

In cazul CHE din sectiile Arges Aval estimarea numarului de actionari existente pana in prezent cu AGP (efectuata de autori pornind de la: numarul de ore de functionare cumulate ale HG; o medie de cca.4-5 ore de functionare zilnica; o medie de 1,5 - 1,6 actionari zilnice (duble: cuplare si decuplare), medie majorata datorita actionarilor de proba; o medie a curentului maxim anclansat, respectiv declansat de 100 200 A, respectiv 200 300A, ambele valori probabil mult mai mici), indica faptul ca numarul de actionari realizat depaseste pragul de dimensionare (de calcul) indicat de furnizor.

Pe de alta parte si la automatele AGP au aparut diverse probleme din care enumeram cele mai importante:

- defectari de bobine de actionare si de contacte auxiliare;

- aparitia de supratensiuni la declansari, periculoase pentru aparatajul legat la circuitul rotoric al HG.

Supratensiunile se datoreaza exclusiv caracteristicii AGP: stingerea energiei din rotor se face in arc electric, iar la ruperea arcului apare o supratensiune, precum si lipsei circuitului paralel cu rotorul, cu rezistenta de stingere, introdus anticipat prin intermediul unui contactor de c.c. (schema utilizata la unele turbogeneratoare).

Concluzia autorilor este ca AGP se afla la limita numarului de actionari pentru care a fost calculat ca urmare nu mai este recomandabila utilizarea acestor aparate in solutia de retehnologizare a echipamentelor de excitatie prin inlocuire.

Solutia folosita pentru inlocuirea aparatelor CLEV cu contactoare de c.c. ABB de 800 A o consideram buna si in aceste cazuri, pentru solutia de inlocuire cu o solutie de excitatie de tip static, completata insa cu un circuit de protectie la supratensiuni.

♥ Contactoarele ABB 800A, 600 V sunt aparate noi puse in functiune in ultimii 2 ani , sunt foarte sigure, nu au provocat deocamdata incidente in exploatare si ca urmare consideram util sa fie pastrate in viitoarea solutie de excitatie de tip static (obligatoriu insa, in completare cu un circuit de protectie la supratensiuni).

1.2.2. Echipamentul de reglaj automat al parametrilor de excitatie ai HG.

Regulatoarele de tensiune utilizate prezinta urmatoarele situatii:

a. RAT cu amplificatoare magnetice; reprezinta o sursa de excitare de tip static cu redresoare cu diode alimentate pe partea de c.a. cu tensiuni reglabile furnizate de grupaje trifazate de amplificatoare magnetice avand circuitele de lucru racordate prin trafo trifazat la barele SPB 0,4 kV prin intermediul a 2 contactoare de c.a.:

- RAT cu amplificatoare magnetice tip SIEMENS 9806 A livrate de un furnizor cehoslovac) la Hg1 Cerbureni si Hg2 Bascov.

- RAT cu amplificatoare magnetice tip RAE - ICEMENERG, (primul tip de RAT fabricat de furnizorul mentionat, la inceputul anilor 1970 (omologare finala in 1975) la Hg1 Baiculesti, Hg1 si Hg2 Merisani si Hg1si Hg2 Budeasa.

- RAT de tip SAREX 42 A la HG2 Golesti.

Toate solutiile mentionate mai sus sunt foarte vechi de foarte multa vreme abandonate; defectiunile inregistrate la aceste tipuri de RAT au fost remediate de personalul de reparatii PRAM, si nu au determinat perioade prea lungi de functionare pe circuitul reglajul Manual cu autoexcitatie - derivatie.

La toate aceste regulatoare defectul cel mai des intalnit a fost la circuitul de elaborare al consemnului RAT format din: motor de actionare - reductor - cuplaj cu frictiune - potentiometru rotativ (dereglarea reductorului si a cuplajului; dereglarea potentiometrului - nu mai calca ferm, etc).

Desemeni au mai aparut arderi de diode din circuitele de redresare de pe iesire, care s-au inlocuit cu diode romanesti.

Prezenta amplificatorului magnetic pe lantul de reglaj implica faptul ca trecerea timpului are repercursiuni nefaste asupra performantelor dinamice manifestate in exploatare (constante de timp de cel putin 0,15 s introduse in lantul de reglaj care se aduna la constanta de timp de cel putin 0,2 s introdusa de excitatoare). Din documentele straine studiate de autori cu alte ocazii, rezulta ca pe plan mondial este statuat ca acest tip de echipament are o durata de viata garantata de maxim 20 de ani, dupa care trebuie inlocuite complet amplificatoarele magnetice precum si celelalte elemente pasive (rezistente, condensatoare, etc.). Acest dezavantaj este accentuat de faptul ca in schema electrica de realizare a RAT sunt putine elemente reglabile pentru reacordarea RAT in sensul compensarii deprecierii performantelor datorita invechirii.

Situatia neplacuta cu aceste RAT este accentuata si de faptul ca ele au fost scoase de mult din fabricatie la furnizori; La ICEMENERG spre exemplu o parte din documentatia de executie s-a pierdut, iar restul a fost arhivata in urma cu 15 ani.

Solutia de reglaj cu amplificatoare magnetice este abandonata de mai mult de 20 ani in tehnica reglarii automate.

Din punct de vedere al performantelor realizate de RAT tip RAE din probele efectuate la HG2 din CHE Zigoneni a rezultat ca acest tip de RAT realizeaza o zona de insensibilitate si o precizie in reglaj mult mai slabe decat cele cerute actualmente de diverse documentatii (peste pragul de 1% realizat de alte RAT din aceeasi clasa cu ele (ca de exemplu cele de la Vidraru).

Deasemeni din aceleasi probe s-a constatat o lungire excesiva a regimului tranzitoriu post perturbatii in tensiunea de la borne.

Si in aceste cazuri este valabila afirmatia ca utilizarea amplificatoarelor magnetice ca elemente de executie comandate in circuitul de reglaj atrage dupa sine introducerea in lantul de reglaj a unei constante de intarziere de cel putin 0,10-0,15 secunde (mai mari la cele cu amplificatoare inbatranite).

b. RAT tip schema de excitatie statica tip SRAT N50 ICPE Actel de constructie digitala, la un nr de 21 de Hg . Este un echipament de excitatie foarte fiabil si performant, construit dupa preceptele cele mai noi in materie.

Din probele de omologare efectuate de ICEMENERG in urma cu 5 ani asupra unei scheme de excitatie cu masina de c.c. a rezultat ca este un echipament cu raspuns initial inalt fata de infasurarea de excitatie a excitatoarei (este un echipament de excitatie de tip static cu timp de intarziere de max 0,01 s, si timp de raspuns de max. 0,03 s).

Acest tip de RAT , bine pus in functiune si corect implementat si reglat in exploatare il consideram o solutie foarte reusita pentru schemele cu excitatoare pe ax si reglaj indirect (in special pentru excitatoarele de c.a. inversate si redresoare rotative).

Nota. Datorita faptului ca acest echipament reprezinta pentru excitatoare o schema de excitatie de tip static (redresor cu tiristoare trifazat complet comandat in circuitul de excitatie al excitatoarei alimentat de la un transformator de excitatie conectat in serviciile interne), si avand in vedere intentia de montare a unei scheme de excitatie statica pentru HG deservit, cu modificari minore (hard si soft) in partea de reglaj, comanda si supraveghere din acest echipament, el poate fi utilizat ca echipament RAT din componenta viitorului echipament.

1.2.3. Concluziile Analizei de stare tehnica a echipamentele de excitatie aferente CHE de pe cascada Arges (aval de Vidraru):

Componentele principale ale schemelor de excitatie din CHE de pe cascada Arges (aval de Vidraru) analizate, prezinta unele puncte critice pe care le prezentam in ordinea urgentei de rezolvare a lor:

1.2.3.1. Masinile de c.c. excitatoare desi in genere isi mai indeplinesc functiunile, reprezinta elemente:

- cu durata de viata practic epuizata;

- care pun probleme deosebite in ceea ce priveste mentenanta conducand la o siguranta scazuta in functionarea HG,

- care confera o dinamica foarte redusa fenomenelor tranzitorii in functionarea HG, prin constanta de timp de cca. 0,20 - 0,25 introdusa in lantul de reglaj.

1.2.3.2. Intrerupatoarele automate de tip CLEV 1000 si AGP 12 (in nr. de 7 buc) elementele esentiale ale circuitelor de stingere a campului rotoric din schemele de excitatie cu masina rotativa de c.c. au durata de viata de mult epuizata, si nu se dispune de piese de schimb in elementele componente. Ca urmare este necesara continuarea procesului de inlocuire a acestora cu altele noi, de tip ABB 800 de aceleasi caracteristici: intrerupatoare bipolare de c.c. proiectate pentru functia de ADR (constanta L/R admisibila la borne 0,2 s), cu contact auxiliar de forta tip CNI pentru introducerea rezistentei de stingere in paralel cu rotorul HG.

1.2.3.3. Regulatoarele automate de tensiune tip cu amplificatoare magnetice, in nr. de 9 buc (SIEMENS, SAREX 42A, sau RAE - ICEMENERG) prezinta:

- un grad de uzura fizica si morala totala si au epuizata de mult durata normata de viata pentru acest tip de echipamente.

- o siguranta precara in realizarea functiei de reglare a tensiunii si puterii reactive a generatoarelor deservite datorita lipsei totale a pieselor de schimb datorita iesirii de multa vreme din fabricatie la furnizorii initiali ai acestora,

- o solutie de reglaj total depasita din punct de vedere tehnic.

Din cele de mai sus rezulta deci cu necesitate ca exista toate motivele de continuare a procesului de inlocuire a acestor RAT din schemele cu reglaj indirect existente, cu tipul SRAT N50 ICPE Actel.

1.2.3.4. In ansamblu, Schema de excitatie cu masina rotativa de c.c. prezinta urmatoarele caracteristici esentiale care o fac neconforma cu necesitatile actuale ale sistemului energetic:

- prezinta o constanta mare de timp introdusa in lantul de reglaj al tensiunii de la bornele Hg : cca. 0,25 secunde cu RAT cu raspuns initial inalt (ca spre ex. digital tip SRAT N50 ICPE Actel), respectiv 0,35 - 0,45 secunde cu RAT cu amplificatoare magnetice.

prezinta mai multe puncte in care se poate actiona pentru fixarea punctului de functionare al Hg (punct multiplu de reglaj (circuitul de autoexcitatie si cel independent ale excitatoarei) fapt care ingreuneaza (chiar face imposibila in cazul RAT cu amplificatoare magnetice cu 2 iesiri), inglobarea ei intr-o schema de conducere centralizata de la distanta a HG (de tip SCADA).

- prezinta deasemenea prea numeroase marimi de inregistrat si transmis la distanta pentru supraveghere si conducere de la distanta (curentii si tensiunile de excitatie ale excitatoarei; tensiunea de alimentare RAT; curentul si tensiunea de excitatie ale Hg principal);

- reprezinta o schema cu siguranta redusa in functionare si cu cheltuieli de mentenanta ridicate, cu mult mai mari decat schemele statice (ambele caracteristici datorita prezentei in schema a masinilor excitatoare de c.c.).

reprezinta o schema care pe plan international nu se mai foloseste de peste 20 de ani la blocurile energetice nou instalate, indiferent de marimea acestora.

Din motivele enumerate mai sus, consideram total justificata decizia de inlocuire a excitatoarelor de c.c. cu scheme de excitatie de tip static, care sa elimine toate aceste deficiente, si care sa corespunda cerintelor actuale si stadiului de dezvoltare a sistemului energetic.

1.2.3.5. Consideram Ne-oportuna si Ne-necesara renuntarea la actualele scheme de excitatie cu excitatoare de c.a. inversate si redresor rotativ cu diode, la Hg din CHE Golesti.

2. Analiza si prezentare comparativa a solutiilor de sisteme de excitatie statice, oportune si fezabile de aplicat la grupurile aferente cascadei Arges Aval. Prezentarea propunerii ICEMENERG de solutie (sau solutii) de excitatie pentru inlocuirea schemelor actuale.

Intrucat natura sursei initiale de energie de forta cu care trebuie sa fie dotat un echipament de excitatie al unui HG are un rol determinant pentru:

- performantele de comportament etalate in retea de ansamblul (HG + Excitatie),

- tipul reglajului de tensiune (direct sau indirect),

- structura si componenta pe subansamble a echipamentului de excitatie,

- spatiul ocupat intr-o centrala hidro de un echipament de excitatie,

Analiza prezentata mai jos, referitoare la sistemele de excitatie care echipeaza actualmente grupurile hidroenergetice din sistem este realizata plecandu-se de la tipul sursei de forta care se afla in componenta unui echipament de excitatie.

Nota: 1. In toate cazurile de analiza comparativa a performantelor, costurilor si spatiilor ocupate se vor face referiri la un echipament de excitatie statica cu sau fara tranasformator alimentat de la borne sau de pe barele de SP de 0,4 kV, ce ar putea fi implementat in locul celui existent. Motivul fiind ca prin acest tip de echipament se pot realiza in genere orice tip de functiuni si performante, si din randul sistemelor cu reglaj direct este cel mai putin costisitor atat ca pret de achizitie cat si ca mentenanta in timpul exploatarii.

2. Deasemeni mai specificam faptul ca cerintele pe care trebuie sa le satisfaca un echipament de excitatie, si la care se vor face referiri in textul de mai jos, au urmatoarele origini si semnificatii:

a. Cerinte impuse de generator si reprezentand in principal conditionari de dimensionare a domeniului de functionare al echipamentului de excitatie pentru a acoperi plajele de variatie necesare ale parametrilor rotorici ai generatorului, la evolutia acestuia pe intreg domeniul sau admis de functionare (in gol si cuplat la SEN).

b. Cerinte impuse de sistem si reprezentand majoritar conditionari de asigurare de performante si de dotare cu mijloace automate de analizare a lor de catre ansamblul generator-echipament de excitatie la functionarea in SEN in domeniile lor admise de functionare (inclusiv in regimuri neadmise pe durata eliminarii lor prin deconectarea generatorului).

c. Cerinte impuse de centrala si reprezentand aproape in exclusivitate cerinte de dimensionare (electrica, mecanica, etc.) a echipamentului de excitatie pentru adaptarea sa la: conditiile de mediu; conditiile si spatiul de amplasare; structura circuitelor electrice din centrala; conditiile de alimentare cu energie electrica existente; etc.

d. Cerinte impuse de tipul schemei de excitatie folosita si reprezentand de regula conditionari de dimensionare, de fiabilitate (functionala si de material) si de performante; ele sunt legate in principal de necesitatea asigurarii unor rezervari la defecte de subansambluri componente.

Datorita interdependentelor functionale existente in interiorul unei scheme de excitatie, analiza separata a fiecarei instalatii componente este dificil (daca nu chiar imposibil) de efectuat izolat, fara considerarea aportului restului componentelor din schema.

In cazul surselor de alimentare de c.a. ale echipamentelor/schemelor de excitatie statica a caror contributie este decisiva in realizarea functiunilor si performantelor proiectate pentru ansamblu, analiza schemelor posibile de surse si ulterior alegerea tipului constructiv nu se poate face decat in contextul unei analize a schemelor de excitatie, cu accent sporit pe problemele alimentarii de c.a.

Procedand astfel, in prezenta analiza se vor evidentia problematica, avantajele, dezavantajele si performantele diverselor scheme cu reglaj direct a tensiunii generatorului dependente de tipul sursei de alimentare considerat, in vederea unor ierarhizari tehnice si economice utile in lucrare.

Ca urmare, in unele cazuri, se vor intalni formulari de avantaje / dezavantaje mai curand pendinte de echipamentul de excitatie construit pe o anumita sursa de alimentare, decat referitoare strict la aceasta; de asemenea, vor exista referiri exprese la sursa de alimentare in cauza. Nu trebuie considerate erori de apreciere intrucit in fond, caracteristicile respective ale ansamblului sunt generate de tipul sursei utilizate. De asemenea se va utiliza frecvent notiunea de "solutie", care fara completari, desemneaza simultan sursa de c.a. si echipamentul / schema de excitatie care o foloseste.

In cele ce urmeaza, echipamentul si schema de excitatie au compunere clasica pentru structurile cu reglaj direct al tensiunii generatorului.

- Sursa de c.c. reglabil SCCR (exciter), formata din: sursa de alimentare de c.a. cu tensiune constanta sau cuasi-constanta la borne care poate fi: [transformator sau grupaj de transformatoare toate cu tensiune fixa la borne, sau variabila in limite reduse in plaja de 5% din nominal] sau [barele de SP de 0,4 kV] + instalatia de redresare cu tiristoare IR avand in general in compunere o unitate de redresare autonoma in circuitul rotoric al HG deservit.

- Instalatia de stingere a campului (ISC): cu intrerupator bipolar de c.c. si rezistenta neliniara sau liniara de stingere introdusa anticipativ in derivatie cu rotorul HG (instalatia mai poarta denumirea de ADR - Automat de Dezexcitare Rapida); sau cu contactor static cu tiristoare si rezistenta liniara de stingere a campului;

- Instalatia de protectie la supratensiuni a rotorului HG (in general cu contactor static cu tiristoare in montaj "crow - bar" amplasata in acelasi dulap cu ISC) legat in paralel cu contactul auxiliar de forta al ADR.

Nota: intrucat in schemele actuale de excitatie exista la 22 de Hg, contactoare de c.c. noi, tip ABB care joaca rol de ADR, viitoarea solutie de excitatie statica ce va fi implementata le va ingloba, completate cu un contactor static cu tiristoare pentru protectie la supratensiuni.

- Instalatia de reglaj (IREG), in constructie complet digitala, cu componentele sale principale: RAT; circuit de Manual; canalele de generare si transmitere a impulsurilor la tiristoarele din Instalatia de Redresare.

2.1. Solutia de excitatie statica utilizand Transformator alimentat de la bornele HG (Solutia statica de excitatie cu trafo derivatie - TREX de la borne).

(Sursa de alimentare de c.a. din SCCR de tipul "potential source static exciter")

Este prezentata in Fig. 4 din prezenta lucrare.

In SEN este o solutie folosita mai ales in ultimii ani la generatoarele de puteri mari, cum ar fi TG 200 MW Braila, Iernut, Borzesti, Deva si mai nou se va aplica si la TG5 de 330MW din Turceni) si utilizata destul de putin in CHE la HG de puteri medii. In sucursalele Hidroelectrica este utilizata doar la grupurile bulb de 27 MW din CHE Portile de Fier 2 (10 HG) si in centralele cu grupuri bulb de pe raul Olt din SH Slatina (20 HG)) .

Mentionam ca majoritatea ofertelor de retehnologizare a echipamentelor de excitatie prezentate de firme straine (ABB, Alsthom, Siemens, Ellin - Wa - Tech) recomanda utilizarea echipamentelor statice cu alimentare de forta de c.a. de la bornele hidro-generatorului.

2.1.1. Componenta:

Solutia se compune din (vezi si fig. 4 de mai sus):

Un transformator - TREX, MT/JT 6,3 kV / 0,4 kV alimentat cu tensiunile statorice ale HG prin racord direct (fara elemente de sectionare) inainte de punctul de legatura cu intrerupatorul de la borne (normal poate fi conectat prin cablu de 6kV in celula de plecare cable din bornele Hg, aflata in sirul de celule de langa fosa generatorului). In mod obisnuit transformatorul de excitatie este de tip uscat, si poate fi amplasat in interior, in una din incaperile centralei.

Instalatia de Redresare cu tiristoare complet comandata - RT (un dulap, care in cazul cel mai obisnuit este compus din o singura punte trifazata cu 6 tiristoare, dimensiuni 800 x 1000 x 2000).

Instalatia de stingere camp + instalatia de protectie la supratensiuni a rotorului HG + instalatia de amorsare a excitatiei HG la pornire (compusa din o punte trifazata cu diode si un contactor de c.c. care debiteaza pe rotorul HG prin intermediul rezistentei de stingere camp (amplasate toate in acelasi dulap - botezat in figura 4 - ADR).

Instalatia de reglaj, comanda si supraveghere - RAT Hg principal (un dulap)    

Se observa ca fizic, cu exceptia cablelor de legatura dintre elemente, este compusa din 4 elemente mari amplasata in 3 dulapuri + un transformator de forta.

Din analizele preliminare de spatiu la centralele din cascada Arges Aval apar unele dificultati privind gasirea spatiului de amplasare a TREX.

2.1.2. Avantajele solutiei

a) Are o structura simpla, compacta si fiabila, data fiind concentrarea ei in jurul schemei trafo MT/JT.

b) La dimensionare corecta, are cea mai buna capacitate de suprasarcina de durata in putere si tensiune dintre toate sursele de alimentare de c.a pasive pentru echipamente de excitatie (orice transformator poate suporta de scurta durata o sarcina cel putin dubla pentru durata de maxim 10 s ceruta la fortarea excitatiei); este adecvata utilizarii in schemele de excitatie, neintroducand decat cel mult limitari naturale in functionarea acestuia si nesolicitand nici un fel de limitari pentru protejarea sa in schema de excitatie.

c) La alegere/dimensionare corecta, sursa de alimentare de c.a. are o foarte buna siguranta in functionare (si o probabilitate de defect extrem de redusa, cu mult mai mica decat a unei masini excitatoare de pe ax); aceasta caracteristica o confera doar partial si ansamblului format de excitatie cu HG deservit.

d) Nu necesita lucrari de mentenanta complexe (se reduce de regula la lucrari profilactice); defectiunile lor nu conduc la indisponibilitati de lunga durata (mai ales ca TREX poate fi de tip uscat). In oricare din situatiile de defect ale elementelor unei excitatii statice, inlocuirea elementului defect nu necesita oprirea HG mai mult de cateva ore. Este un avantaj major in comparatie cu excitatiile cu masina rotativa pe ax la care un defect major in excitatoare imobilizeaza HG cel putin cateva zile.

Datorita puterilor apropriate necesare pentru TREX la cele 28 de Hg din cascada Arges - Aval se poate dota cascada cu un transformator de rezerva care poate fi utilizat pentru inlocuirea unui TREX in caz de defect grav in acesta.

e) Echipamentul de excitatie statica construit cu aceasta sursa de c.a. este versatil (ca structura si amplasament). Pe aceasta solutie poate fi construita o gama de echipamente utilizabila la o gama larga de HG.

f) Realizeaza toate prevederile normativelor in vigoare privind structura si functiunile, precum si majoritatea performantelor dinamice normate.

g) Sursa dispune de cel mai ridicat nivel de tensiuni reziduale la scurtcircuit (mediu departat in reteaua care lucreaza HG), in raport cu celelalte bare de SP dintr-o centrala de tip hidro.

2.1.3. Dezavantajele solutiei

a) Este lipsita complet de autonomie in raport cu tensiunea statorica a HG (conserva integral deficienta caracteristica a sistemelor de excitatie statica: parametrii furnizati rotorului HG sunt direct proportionali cu valoarea eficace a tensiunii de alimentare de c.a. de la bornele HG)

Deficienta se manifesta pregnant in regimuri tranzitorii cu scaderi mari ale tensiunii la bornele generatorului insotite deci de necesitatea fortarii excitatiei, cand nerealizarea drastica a plafoanelor de fortare de catre echipamentul respectiv poate conduce la pierderea stabilitatii masinii HG.

Masurile de contracarare a acestei deficiente sunt limitate ca optiuni practice la:

- supradmensionarea tensiunii secundare a TREX pentru a realiza la alimentarea cu tensiuni primare in plaja normala de variatie (+15; -20)% U_bn, supraplafoane de tensiune si/sau curent de 2,3 - 2,7 u.r.

- supradimensionarea puterii trafo (masura foarte putin folosita), conducand la reducerea caderii de tensiune (in regim de fortare) pe trafo;

- utilizarea plotului de -5% U_bn de pe partea primarului pentru alimentarea de la sursa cu tensiuni de c.a.

- folosirea unei inductii mici la dimensionarea trafo (metoda practic nefolosita datorita supradimensionarii masive a circuitului magnetic al trafo).

Cu exceptia supradimensionarii tensiunii secundare si a folosirii plotului primar, celeilalte masuri sunt putin eficace.

Procesul de fortare este favorizat (ajutat) in mod natural de:

- componenta aperiodica a curentului de scurtcircuit indusa in rotorul HG si in infasurarile de amortizare (pe durata mentinerii ei de cca.1,5 perioade pana la amortizare);

- reactantele mari rotorice, manifestate ca o intarziere a scaderii circuitului de excitatie (castig de 10 - 15 ms);

- procesul natural de HIR (raspuns initial inalt cu suprareglaj) la HG;

Aceste fenomene se manifesta foarte putin si nu sunt decisive ca masuri de contracarare.

De asemenea, un rol important in mentinerea stabilitatii HG il are eliminarea rapida a scurtcircuitului in SEN (limitarea duratei defectului); calculele efectuate de marii furnizori de astfel de echipamente de excitatie (ABB in principal) indica faptul ca la o durata a defectului sub 0,08 - 0,10 sec., solutia de sursa cu trafo derivatie asigura o tensiune de alimentare de cca. 0,5 - 0,6 u.r. nominale (cu considerarea tuturor efectelor naturale de mai sus), suficienta ca prin mijloacele artificiale mentionate sa se poata obtine valorile de plafon de cca. 1,6 u.r. ale parametrilor rotorici ai HG deservit. Este explicatia promovarii solutiei pe plan mondial.

Legat de aceasta problema se poate demonstra ca pentru tensiuni de excitatie de valoare nominala pana la 240 V c.c. , si pentru realizarea performantelor dinamice legate de fortarea excitatiei pana la o tensiune reziduala la scurtcircuit de 0,8 u.r., este necesara o tensiune secundara a TREX alimentat de la bornele HG de cel putin 410 V c.a.

b) Echipamentul de excitatie care foloseste aceasta sursa de c.a. prezinta unele neconformitati cu prevederile reglementarilor in vigoare referitoare la: valorile de plafon de curent/tensiune de excitatie ce pot fi asigurate in caz de defecte grave si prelungite: timpul de intarziere la fortare; rapiditatea la fortare; viteza de crestere a tensiunii de excitatie la bornele rotorului HG.

Reprezinta consecinta principala a deficientelor dinamice de la pct. a. anterior.

c) Implementarea solutiei pentru o eventuala actiune de retehnologizare impune modificari in traiectul cablelor de iesire din HG in zona de racord a trafo excitatie cu mentinerea probabilitatii de aparitie a defectelor in zona la valoarea minima actuala (apropiata de zero).

d) Implementarea echipamentului de excitatie folosind solutia de sursa de c.a. in discutie necesita spatiu de amplasare cel putin pentru trafo in zone operative deficitare in acest sens din centralele hidro analizate.

Astfel,

- trafo derivatie trebuie amplasat cat mai aproape de punctul de racord la iesirea din generator (pentru reducerea lungirii legaturilor).

- instalatia de redresare trebuie amplasata la distante (masurate pe traiectul legaturilor de JT) de max. 50 m atat fata de trafo, cat si fata de rotorul generatorului, in principal pentru reducerea caderilor de tensiune pe cablurile de legatura).

Rezolvarea acestei probleme (practic minimizarea legaturilor intre subansamblurile de forta ale echipamentului), indica un amplasament in zona celulelor de la bornele HG sau langa fosa HG, zone cu deficit de suprafata de amplasare in majoritatea centralelor hidro analizate datorita numeroaselor necesitati de spatii tehnologice de acces pe verticala.

In orice caz, fata de alte echipamente de excitatie cu reglaj direct a tensiunii HG cum ar fi cea cu excitatoare de c.a. pe ax sau cea cu compoundaj, solutia cu trafo derivatie necesita cea mai mica suprafata de amplasare, si este si cea mai ieftina pentru implementare.

e) Utilizarea acestei solutii determina si urmatoarele dezavantaje la echipamentul de excitatie rezultat pe baza ei:

e₁ Necesita prevederea posibilitatii de alimentare separata de la bornele primare ale trafo SI a transformatorului de excitatie pentru efectuarea probelor electrice ale HG (sau alimentarea directa de la SPB 0,4 kV sau SPG 0,4 kV)

e₂ Necesita circuit de amorsare a excitatiei initiale a HG de putere de cca. 20 % din puterea TREX, si implicit a automaticii de introducere / scoatere.

e₃ Durata stingerii campului pe rezistenta constanta se majoreaza de cca. 2-3 ori in cazul neutilizarii unei solutii de ISC cu sectionarea circuitului serie cu rotorul: intrerupator de c.c. serie cu rotorul si rezistenta neliniara introdusa in derivatie anticipativ.

Se datoreaza:

- ineficientei cvasitotale a trecerii in invertor a Redresorului cu tiristoare (ca metoda de accelerare a stingerii campului) datorita impedantelor mici din amonte;

- micsorarii rezistentei echivalente pe care are loc efectiv stingerea prin aparitia in paralel cu rezistenta de stingere propriu-zisa a unui circuit de rezistenta foarte mica, inchis prin ultimele doua tiristoare ramase in conductie si infasurarile secundare corespunzatoare ale trafo (cu valori foarte mici chiar daca se adauga rezistentele raportate ale primarului si statorului HG - in paralel cu infasurarile de JT ale trafo bloc). Sectionarea circuitului serie cu rotorul elimina ultima cauza.

Acest fapt conduce la necesitatea folosirii obligatorii a unui ISC foarte scump (solutia cu intrerupator subliniata de mai sus).

e₄ Necesita cel putin unele adaptari in IREG pentru evitarea aparitiei fenomenului de reactie pozitiva prin bucla de alimentare de c.a. si cel putin la revenirea in regim postavarie stabilizat (de regula RAT cu coeficient mare de amplificare; utilizarea canalelor aditionale PSS si V/Hz; etc.)

2.2. Solutia de excitatie statica utilizand Transformator alimentat din sectia de 0,4 kV SI ale HG (Solutia statica de excitatie cu trafo alimenat din SI).

(Sursa de alimentare de c.a. din SCCR de tipul "potential source static exciter")

Este prezentata in Fig. 5 de mai jos.

Este o solutie nefolosita la hidrogeneratoarele din SEN, datorita in special imposibilitatii acoperirii in puterea necesara din transformatorul de SI existent; aplicarea ei necesita inlocuirea transformatoarelor de SI existente cu altele cu putere marita pentru acoperirea cererii suplimentare pentru excitatie. O propunem aici, si pentru analizarea ei de catre beneficiar, din urmatoarele 2 motive:

puterea necesara in fiecare centrala in cele 2 TREX se plaseaza in ecartul 2 x (180 - 280) = 360 - 560 kVA, si deci usor de acoperit printr-o eventuala marire a puterii TSI: viitorul TSI cu puterea marita are loc in spatiul de amplasare al actualului TSI.

in unele cazuri datorita imposibilitatii gasirii unui loc de amplasare a TREX cu tensiunea de 6 kV poate fi luata in considerare si aceasta varianta (locul ocupat de TREX cu tensiunea primara mai mica este mai mic).

O asemenea solutie de excitatie este implementata la CHE Tismana - Aval, dar TREX nu sunt utilizate, preferandu-se alimentarea redresoarelor cu tiristoare direct din bornele TSI (varianta ce o vom prezenta mai jos la pct. 2.3.).

2.2.1. Componenta:

Solutia se compune din (vezi si fig. 5 de mai sus):

Un transformator - TREX, JT/JT 0,4 kV / 0,4 kV alimentat cu tensiunea de 0,4 kV din sectia de SI ale centralei. Asa cum se vede din Fig. 5 de mai jos, prezinta 2 variante de alimentare a TREX:

a. din bara de 0,4 kV SI - putandu-se alimenta excitatia, la actionarea AAR si din TSI de rezerva (deci din sursa de 20 kV).

b. direct din bornele de 0,4 kV ale transformatorului de SI de baza al Centralei.

Vom analiza mai jos caracteristicile fiecareia din aceste subvariante.

Instalatia de Redresare cu tiristoare complet comandata - RT (un dulap, care in cazul cel mai obisnuit este compus din o singura punte trifazata cu 6 tiristoare, dimensiuni 800 x 1000 x 2000).

Instalatia de stingere camp + instalatia de protectie la supratensiuni a rotorului HG (amplasate in acelasi dulap - botezat in figura 5 - ADR).

Instalatia de reglaj, comanda si supraveghere - RAT Hg principal (un dulap)

Din punctul de vedere al dimensionarii in putere TREX are aceeasi putere in oricare varianta, si egala cu puterea TREX din solutia anterioara, cu deosebirea ca aici tensiunea primara este 0,4 kV (deci dimensiunile fizice si implicit spatiul ocupat in centrala sunt mai mici).

In acest caz, datorita faptului ca ambele tensiuni ale TREX sunt de JT, din analizele preliminare de spatiu la centralele din cascada Arges Aval dificultatile privind amplasarea TREX sunt mult mai mici decat la solutia anterioara.

2.2.2. Avantajele solutiei:

Prezinta aceleasi avantaje generale ca cele prezentate la solutia statica anterioara la pct. 2.1.2. a - f. , cu TREX alimentat din borne.

In ceea ce priveste tensiunea reziduala la scurtcircuit, in aceasta schema ea este cu cca. 6% mai mica decat in cazul anterior.

Deasemeni apar si unele avantaje fata de solutia cu alimentare din bornele Hg:

- TREX ocupa un spatiu cu cca. 25 % mai mic, datorita tensiunii j.t. / j.t., si implicit distante mai mici de izolare.

In cazul defectarii caii de alimentare de baza, si pentru pauze de AAR nu mai mari de 2 secunde, se poate folosi calea de alimentare de rezerva.

Creste nr. posibilitatilor de ampasare ale TREX datorita utilizarii pentru alimentare doar a JT - 400 V si deci dimensiuni mai reduse.

Nu mai necesita prevederea unui circuit suplimentar, de forta, pentru alimentare pentru verificarea excitatiei cand HG stationeazasau cand se ridica caracteristicile generatorului.

Nu mai necesita prevederea circuitului de amorsare a excitatiei la porniri.

2.2.3. Dezavantajele solutiei:

a. Cel mai mare dezavantaj al acestei solutii este ca, pentru implementarea ei este necesara cresterea cu cca. (360 - 560) kVA, in functie de curentul de excitatie ce trebuie acoperit, a puterii Transformatorului de alimentare a serviciilor interne TSI (mai concret, inlocuirea actualelor TSI cu altele cu puteri marite).

Nota: 1. La o analizare atenta a necesarului de putere din SI din actualele instalatii din centralele din Arges Aval, s-a constatat ca actualele TSI sunt usor supradimensionate; ca urmare cresterea de putere poate fi de maxim 200 - 400 kVA;

2. In varianta de alimentare (a) din Fig. 5. prezentata mai sus, este necesara marirea puterii ambelor trafo de alimentare: TSI baza respectiv TSI rezerva.

In varianta de alimentare (b) din Fig. 5., este necesara marirea puterii doar a TSI de baza;

b) Ca si solutia anterioara, pe perioada alimentarii SI din bornele HG, este lipsita complet de autonomie in raport cu tensiunea statorica a HG (conserva integral deficienta caracteristica a sistemelor de excitatie statica: parametrii furnizati rotorului HG sunt direct proportionali cu valoarea eficace a tensiunii de alimentare de c.a. de la bornele HG); deficienta se manifesta pregnant in regimuri tranzitorii cu scaderi mari ale tensiunii la bornele generatorului insotite deci de necesitatea fortarii excitatiei, cand nerealizarea drastica a plafoanelor de fortare de catre echipamentul respectiv poate conduce la pierderea stabilitatii masinii HG.

Si in acest caz, un rol important in mentinerea stabilitatii HG il are eliminarea rapida a scurtcircuitului in reteaua de racord a HG (limitarea duratei defectului);

Deasemeni si la acest tip de solutie se poate demonstra ca pentru tensiuni de excitatie de valoare nominala pana la 240 V c.c. , si pentru realizarea performantelor dinamice legate de fortarea excitatiei pana la o tensiune reziduala la scurtcircuit de 0,8 u.r., este necesara o tensiune secundara a TREX alimentat de la bornele HG de cel putin 410 V c.a.

c) Echipamentul de excitatie care foloseste ca sursa de c.a. de forta serviciile interne prezinta dezavantajul ca comportamentul sau este influentat de toate evenimentele ce au loc in reteaua SI de 0,4 kV (scurtcircuite, porniri de motoare mari, pauze de AAR, etc.).

In genere orice Hg cu sistem de excitatie de tip static poate ramane in functiune la pauze de AAR de maxim 3 secunde.

2.3. Solutia de excitatie statica cu alimentare directa a redresorului cu tiristoare din sectia de 0,4kV SI ale HG (Solutia statica de excitatie cu alimenare din SI - 0,4 kV).

(Sursa de alimentare de c.a. din SCCR de tipul "potential source static exciter")

Este prezentata in Fig. 6 din prezenta lucrare.

Este deasemeni o solutie foarte rar folosita in SEN, datorita in special imposibilitatii acoperirii in puterea necesara din transformatorul de SI existent; ca si solutia anterioara aplicarea ei necesita inlocuirea transformatoarelor de SI existente cu altele cu putere marita pentru acoperirea cererii suplimentare pentru excitatie.

Ca si solutia anterioara prezinta 2 variante de alimentare:

a. din bara de 0,4 kV SI - putandu-se primi alimentare pentru excitatie, la actionarea AAR si din TSI de rezerva (deci din sursa de 20 kV).

b. direct din bornele de 0,4 kV ale transformatorului de SI de baza al Centralei.

O asemenea solutie de excitatie este utilizata la CHE Tismana - Aval cu alimentarea redresoarelor cu tiristoare direct din bornele TSI de baza al centralei. (alimentat din bara comuna de 6,3 kV a Hg1 si Hg2).

2.3.1. Componenta:

Solutia se compune din (vezi si fig. 6 de mai jos):

Instalatia de Redresare cu tiristoare complet comandata - RT (un dulap, care in cazul cel mai obisnuit este compusa din o singura punte trifazata cu 6 tiristoare, dimensiuni 800 x 1000 x 2000).

Instalatia de stingere camp + instalatia de protectie la supratensiuni a rotorului HG (amplasate in acelasi dulap - botezat in figura 6 - ADR).

Instalatia de reglaj, comanda si supraveghere - RAT Hg principal (un dulap)

Din punctul de vedere al absorbtiei de putere este aceeasi in oricare varianta prezentata anterior, si egala cu puterea absobita de TREX din solutia anterioara (180 - 280 kVA)

Se observa ca in aceasta solutie nu mai exista TREX: echipamentul de excitatie compunandu-se in acest caz din 3 elemente: RT, ADR si RAT (amplasate in 3 dulapuri).

2.3.2. Avantajele solutiei:

Prezinta aceleasi avantaje generale ca cele prezentate la prima solutie de tip static de la la pct. 2.1.2. a - f. , cu TREX alimentat din borne.

Si in acest caz tensiunea reziduala la scurtcircuit, in aceasta schema este cu cca. 6% mai mica decat in cazul 2.1.2..

Deasemeni apar si unele avantaje fata de solutiile anterioiare cu TREX:

- Ocupa un spatiu cu cca. 25 % mai mic, datorita lipsei TREX, si este evident mai ieftina decat oricare din solutiile anterioare (se scade valoarea TREX).

In cazul defectarii caii de alimentare de baza, si pentru pauze de AAR nu mai mari de 2 secunde, se poate folosi calea de alimentare de rezerva.

Din analiza preliminara de spatii disponibile in centralele cascadei Arges Aval a rezultat ca aplicarea solutiei Nu pune nici un fel de probleme de spatiu privind amplasarea si implementarea in oricare din centralele analizate.

Nu mai necesita prevederea unui circuit suplimentar, de forta, pentru alimentare pentru verificarea excitatiei cand HG stationeazasau cand se ridica caracteristicile generatorului.

Nu mai necesita prevederea circuitului de amorsare a excitatiei la porniri.

2.3.3. Dezavantajele solutiei:

a. Cel mai mare dezavantaj al acestei solutii este acelasi ca la solutia 2.2. anterioara: pentru implementarea ei este necesara cresterea cu cca. 360 - 560 kVA a puterii Transformatorului de alimentare a serviciilor interne TSI (mai concret, inlocuirea actualelor TSI cu altele cu puteri marite).

Nota:

a.1. Si in acest caz la o analizare atenta a necesarului de putere din SI din actualele instalatii din centralele din Arges Aval, s-a constatat ca actualele TSI sunt usor supradimensionate; ca urmare cresterea de putere poate fi de maxim 200 - 400 kVA;

a.2. In varianta de alimentare (a) din Fig. 6. prezentata mai sus, este necesara marirea puterii ambelor trafo de alimentare: TSI baza respectiv TSI rezerva.

In varianta de alimentare (b) din Fig. 6., este necesara marirea puterii doar a TSI de baza;

b. Datorita faptului ca redresorul cu tiristoare este un consumator cu un caracter puternic deformant, precum si datorita faptului ca in schema de mai sus el reprezinta cel mai mare consumator din SI (acesta ar reprezenta cel putin 70% din absorbtia de putere din SI la un moment dat ) unii din consumatorii conectati la SI, ar putea fi influentati negativ de forma de unda puternic deformata a tensiunii de alimentare; aceste efecte depind de natura consumatorilor respectivi; in orice caz motoarele, care sunt consumatorii cei mai numerosi din SI ai unei CHE nu sunt influentati. Consumatorii cei mai sensibili la tensiunea deformata sunt cei a caror corecta functionare depinde de momentele de trecere prin zero a undei de tensiune.

Pentru contracararea acestor efecte negative masurile ce pot fi luate pot fi de 2 tipuri:

b.1. Furnizorul de echipament, sa fie pregatit pentru dotarea echipamentului cu mijloace de atenuare a caracterului deformant a undei de tensiune (filtre tip bobine de reactanta serie pe circuitele de alimentare a redresorului) ce pot fi plasate chiar in dulapul de redresare.

b.2. Local, la bornele consumatorilor respectivi pot fi plasate filtre care au efectul dorit.

Intrucat nu exista, cel putin la noi in tara, experienta pentru tratarea acestor situatii, consideram ca masurile de contracarare sa fie cautate dupa aplicare si dupa efectuarea de masuratori (daca se va dovedi necesar).

c. Ca si solutiile anterioare, pe perioada alimentarii SI din bornele HG, este lipsita complet de autonomie in raport cu tensiunea statorica a HG (conserva integral deficienta caracteristica a sistemelor de excitatie statica: parametrii furnizati rotorului HG sunt direct proportionali cu valoarea eficace a tensiunii de alimentare de c.a. de la bornele HG respectiv din reteaua de racord a HG); deficienta se manifesta pregnant in regimuri tranzitorii cu scaderi mari ale tensiunii la bornele generatorului insotite deci de necesitatea fortarii excitatiei, cand nerealizarea drastica a plafoanelor de fortare de catre echipamentul respectiv poate conduce la pierderea stabilitatii masinii HG.

Si in acest caz, un rol important in mentinerea stabilitatii HG il are eliminarea rapida a scurtcircuitului in reteaua de racord a HG (limitarea duratei defectului);

Deasemeni si la acest tip de solutie se poate demonstra ca pentru tensiuni de excitatie de valoare nominala pana la 240 V c.c. , realizarea performantelor dinamice legate de fortarea excitatiei poate avea loc pana la o tensiune reziduala la scurtcircuit de 0,85 u.r. la bornele de 0,4 kV.

d) Si aici un echipament de excitatie care foloseste ca sursa de c.a. de forta serviciile interne prezinta dezavantajul ca este influentata de toate evenimentele ce au loc in reteaua SI de 0,4 kV (scurtcircuite, porniri de motoare mari, pauze de AAR, etc.).

2.4. Solutia de excitatie statica utilizand Transformator alimentat din bara comuna de 6 kV ale ambelor HG.

Este prezentata in Fig. 7 din prezenta lucrare.

Este o solutie complet asemanatoare cu solutia prezentata la pct. 2.1. anterior (singura deosebire este locul de alimentare a TREX

La Hg din SEN nu avem instalata o asemenea solutie; schema este similara cu schemele de excitatie statica cu transformator alimentat din barele de SI de 6 kV din centralele termo de la noi din tara (practic toate TG de 60 MW din centralele de termoficare au o asemenea schema).

2.4.1. Componenta:

Conform cu fig. 7 de mai jos, solutia se compune din:

Un transformator - TREX, MT/JT 6,3 kV / 0,4 kV alimentat cu tensiunea de 6 kV comuna de la bornele celor 2 Hg din componenta oricareia din centralele din cascada Arges Aval

- Celula de 6 kV alimentare TREX (intrerupator);

Instalatia de Redresare cu tiristoare complet comandata - RT (un dulap, care in cazul cel mai obisnuit este compus din o singura punte trifazata cu 6 tiristoare, dimensiuni 800 x 1000 x 2000).

Instalatia de stingere camp + instalatia de protectie la supratensiuni a rotorului HG (amplasate ambele in acelasi dulap - botezat in figura 7 - ADR).

Instalatia de reglaj, comanda si supraveghere - RAT Hg principal (un dulap)

Nota: Din analizele preliminare de spatiu la centralele din cascada Arges Aval apar unele dificultati privind gasirea unui spatiu de amplasare a elementelor acestei solutii in centralele din cascada Arges - Aval datorita:

Punctul de racord al TREX este aval de intrerupatorul de la bornele Hg, fapt care atrage dupa sine,

Necesitatea unei celule de 6 kV pentru conectarea TREX;

2.4.2. Avantajele solutiei

Prezinta integral avantajele solutiei statice cu alimentare din bornele Hg prezentate la pct. 2.1.2. de mai sus si in plus fata de solutia 2.1. anterioara,:

Nu necesita circuit de amorsare a excitatiei la pornire;

Nu necesita prevederea unui circuit suplimentar de alimentare a excitatiei pentru efectuarea probelor si verificarilor la excitatie respectiv pentru ridicarea caracteristicilor Hidrogeneratorului.

2.4.3. Dezavantajele solutiei

a) Fata de oricare din cele 3 solutii anterioare prezinta dezavantajul (care in unele cazuri din centralele amintite este insurmontabil), ca necesita celula de racord pe 6 kV pentru TREX. (deci in actuala camera cu celulele de 6 kV din fiecare centrala, mai trebuie gasit spatiu pentru amplasarea a inca 2 celule cu intrerupator de 6 kV pentru eventuala amplasare a celulelor de alimentare ale celor 2 excitatii aferente HG). In aceasta situatie amplasamentele celor 2 TREX rezulta cu necesitate numai in statia exterioara a centralei, caz in care acestea vor fi cu racire in ulei.

b) Eventuala utilizare a transformatoarelor cu racire in ulei atrage dupa sine si problemele speciale legate de un asemenea aparat (prevederea unui circuit de protectie cu releu Bucholtz, verificarea periodica a uleiului, etc.)

c) Ca si solutia 2.1. de mai sus, este lipsita complet de autonomie in raport cu tensiunea statorica a HG (conserva integral deficienta caracteristica a sistemelor de excitatie statica: parametrii furnizati rotorului HG sunt direct proportionali cu valoarea eficace a tensiunii de alimentare de c.a. de la bornele HG respectiv din reteaua de racord a acestuia).

Deasemeni sunt valabile si restul afirmatiilor de la pct. 2.1.2.b. anterior.

2.5. Solutia de excitatie utilizand Grupaj de transformatoare in montaj compound - sistem de excitatie cu compoundaj.

(Sursa de Alimentare de c.a. din SCCR de tipul "Compound source static exciter")

In centralele hidro de la noi este utilizata doar la CHE Lotru - Ciunget HG 175 MW cu echipament de excitatie statica cu compundaj pe partea de c.c. ( Schema principiala prezentata in Fig. 8 de mai jos)

Pe plan mondial se practica doar la generatoare de mare putere si de importanta deosebita.

De asemenea este utilizata la grupul nuclear de 700 MW din Cernavoda (cu compoundaj pe partea de c.a.) precum si la excitatoarele de la TG 330 MW (deasemeni in solutia "compundaj pe c.a.").

2.5.1. Componenta:

- Transformator de forta derivatie de la bornele HG (TDEx) alimentand un redresor cu tiristoare complet comandat din circuitul rotoric al HG principal;

- Transformator de forta curent/tensiune de putere serie pe fazele statorice ale HG ( TCEx la borne sau pe nulul HG ca in solutia Lotru) alimentand un redresor cu diode aflat in circuitul rotoric al HG principal . Cele 2 redresoare sunt inseriate deci in circuitul rotoric al HG si trebuie sa fie de aceiasi putere.

Dulapurile redresoare RT si RD mentionate la aliniatul anterior (2 dulapuri).

Instalatia de stingere camp + instalatia de protectie la supratensiuni a rotorului HG + instalatia de amorsare a excitatiei HG la pornire (compus din o punte trifazata cu cu diode si un contactor de c.c. (amplasate toate in acelasi dulap).

Instalatia de reglaj, comanda si supraveghere - RAT (un dulap)

2.5.2. Generalitati privind functionarea si dimensionarea solutiei.

Principial, in schemele de excitatie care utilizeaza acest tip de solutie de alimentare cu c.a., tensiunea de excitatie livrata rotorului HG de instalatia de redresare a echipamentului de excitatie reprezinta (in ultima analiza) suma algebrica in valori instantanee a doua componente proportionale cu tensiunile, respectiv cu curentii statorici ai generatorului.

In toate regimurile normale (inclusiv mers in gol si sarcina maxima admisibila de durata), componenta din U_ex proportionala cu tensiunile statorice este dominanta (reprezinta functie de regimul HG, respectiv intre 100% la mers in gol si cca. 50 60 % la mers in sarcina din valoarea tensiunii de excitatie); in regimurile necesitand fortarea excitatiei (la diverse valori de coeficient de fortare), componenta U_ex depinzand de curentii statorici devine preponderenta: pe de-o parte datorita cresterii naturale a curentilor la valorile lor de scurtcircuit, iar pe de alta parte datorita scaderii naturale a tensiunilor statorice la valorile lor reziduale din timpul scurtcircuitului.

Ca urmare, solutia asigura pe baza unor fenomene fizice cu initiere, limitare si revenire naturale si sincrone cu procesele ce au loc la bornele HG cresterea energiei / puterii de alimentare de c.a. pe durata strict limitata a defectului, garantand constructiv realizarea de catre echipament (la o dimensionare corecta a schemei), a parametrilor de fortare ai generatorului.

In acest fel, se elimina deficienta caracteristica echipamentelor de excitatie statice de dependenta a performantelor realizate de evenimentele din reteua de racord, iar schema de alimentare este CVASIAUTONOMA (de fapt practic AUTONOMA) fata de marimea si evolutia tensiunilor statorice ale HG.

OBSERVATIE: in raport cu sistemul de tensiuni de la bornele HG (si deci si fata de circuitul statoric al acestuia), o schema/echipament de excitatie se poate afla in unul din urmatoarele raporturi:

a. Independenta fata de tensiunile statorice ale HG (si fara cuplaj magnetic cu infasurarea omoloaga a acestuia): cazul in care parametrii rotorici furnizati HG nu se formeaza din tensiuni de c.a. provenite (direct sau prin transformari) din tensiunile statorice ale generatorului, iar realizarea valorilor lor nu este influentata decat indirect (prin intermediul RAT) de evolutia tensiunilor statorice: este cazul in care echipamentul are o alta sursa de alimentare de c.a., izolata (sau la o impedanta mare) de tensiunea statorului.

Este cazul solutiilor cu masina excitatoare (in general).

b. Autonoma fata de tensiunile statorice ale HG (dar cu cuplaj magnetic cu infasurarea omoloaga a acestuia): cazul in care parametrii rotorici furnizati HG se formeaza (in intregime sau doar partial) din tensiuni de c.a. provenite (direct sau prin transformari) din tensiunile statorice ale HG, iar realizarea valorilor lor necesare in toate regimurile HG nu este influentata decat indirect (prin intermediul RAT) de evolutia tensiunilor de la bornele HG, datorita compensarii totale a variatiilor acestuia (prin stabilizare).

Este cazul solutiilor alimentate prin stabilizatoare de tensiune de c.a. (deci autonomia este realizata prin mijloace auxiliare externe).

c. Cvasiautonomie fata de tensiunile statorice ale HG: cazul in care parametrii rotorici furnizati HG se formeaza (exclusiv sau partial) din tensiunile de c.a. provenite (direct sau prin transformari) din tensiunile de la bornele HG, iar realizarea valorilor lor necesare functionarii HG in toate regimurile este conditionata de compensarea infuentei exercitate direct asupra acestora de evolutia tensiunilor statorice ale HG, compensarea efectuata prin mijloace hard dedicate din structura echipamentului.

Este cazul solutiilor cu surse multiple de alimentare pe c.a. (compundaj; mai multe transformatoare etc.).

Gradul de compensare a variatiilor tensiunii HG indica si gradul de autonomie al solutiei: de exemplu, solutia cu compundaj poate fi considerata ca fiind practic autonoma de tensiunea de la bornele HG.

Compensarea se face (este necesara) de regula la scaderi mari ale tensiunii statorice ale HG, deci practic la fortarea excitatiei; mijloacele vizeaza de regula obtinerea parametrilor de fortare din surse ajutatoare.

d. Dependenta fata de tensiunile de la bornele HG: cazul banal de alimentare pe c.a. de la statorul HG (direct sau prin transformari).

Esential pentru functionarea solutiei cu compoundaj este realizarea pe partea de c.a. a instalatiilor de redresare, a unei evolutii corelate ca in diagrama Park-Blondel a HG (cel putin calitativ) a imaginilor (dupa transformare) a curentilor si tensiunilor statorice si practic deci a celor doua componente ale tensiunii de excitaiie. Corelarea nu inseamna realizarea unei modelari analogice stricte a diagramei Park-Blondel (atingerea ei ar reprezenta idealul: tensiunea de excitatie ar fi proportionala cu t.e.m. Eq a masinii in regim normal si cu E'q - la scurtcircuit -); in fapt se realizeaza o transformare a diagramei P-B cu coeficienti diferiti de modelare analogica pentru partea dependenta de tensiunea la bornele HG si respectiv cea dependenta de curentii de excitatie.

Din acest motiv, proiectarea si / sau reglarea compundajului nu este o operatie simpla desi schema este predeterminata prin proiectare; astfel observatiile de dimensionare si alegere a parametrilor componentelor schemei se refera la: transformatoare (rapoarte de transformare; grupe de conexiuni; impedantele primare si secundare etc.); la bobinele de reactanta eventual utilizate (impedante; inductii nominale; grupe de conexiuni etc.); conexiunile intre elementele schemei etc.

2.5.3. Avantajele solutiei de excitatie cu compoundaj:

a. Asigura realizarea fara restrictie de valoare a plafoanelor de fortare a parametrilor rotorici ai HG in orice conditii de tensiuni reziduale la bornele acestuia (ca valoare efectiva) si practic independent de caracteristicile scurtcircuitului (tip; apropiat sau departat; durata de mentinere/eliminare).

b. Asigura (chiar in conditiile dotarii cu o instalatie de reglaj (de performanta medie) o foarte buna stabilitate statica si dinamica a HG cuplat la SEN (mai buna chiar decat la solutia cu Generator Auxiliar pe ax, data fiind lipsa buclei intermediare de reglaj a tensiunii GA).

c. Asigura o conformare garantata din proiectare la prevederile normativelor in vigoare privind echipamentele de excitatie. Se pot realiza cu aceasta solutie performante de timpi de raspuns in tensiunea de excitatie de maxim 0,04 s si pot fi implementate si realizate orice fel de functiuni (in special in dotarea cu RAT digital).

d. Ca si orice alta solutie fara masina excitatoare prezinta avantajul volumului foarte mic pentru lucrarile de mentenanta ce le cer in exploatare componentele schemei;

2.5.4. Dezavantajele solutiei de excitatie cu compoundaj;

a. Comporta un volum mare de echipamente, instalatii, fapt ce are ca efecte majorarea suprafetei de amplasare, a costurilor si a sistemelor de automatizare pentru control si supraveghere.

Astfel, comparativ cu o solutie de excitatie statica cu alimentare de la borne sau din SI, (solutia 2.1. si 2.2. de mai sus), echipamentul de excitatie realizat in varianta cu compundaj pe c.c. (cel mai utilizat pe plan mondial si la noi pentru echiparea HG) necesita:

a1. Suprafata majorata de amplasare pentru implementarea subansamblurilor prevazute suplimentar in centrala:

- trafo TCEx (aproximativ dublu cat cel ocupat de TDEx, data fiind necesitatea realizarii ca grupaj trifazat de trafo monofazate in constructie uscata sau in realizarea trifazata non uscata - ca la Lotru - Ciunget);

- redresorului cu diode (spatiu cel putin egal cu al redresorului cu tiristoare, data fiind dimensionarea la I_ex nominal al HG).

Restul instalatiilor (TDEx, redresorul cu tiristoare, dulapul ISC, dulapul IREG) pot fi considerate echivalente cu cele din solutia statica cu alimentare de la borne, deci necesita acelasi spatiu de amplasare.

Dificultatile de amplasare sunt sporite de necesitatea gruparii schemei de compundaj practic in aceeasi zona de exploatare pentru minimizarea racordurilor de forta si pentru cresterea fiabilitatii schemei.

Implementarea unei solutii cu compoundaj la vreunul din HG existente in CHE cascada Arges Aval nu se poate face cu respectarea conditionarilor de mai sus (pur si simplu nu exista spatiu de amplasare a schemei de compundaj in aceeasi zona de exploatare); raspandirea echipamentului functie de eventualele spatii identificabile este riscanta tehnic (caderi suplimentare de tensiune; propagarea defectului etc.) si din punct de vedere al masurilor NPM si prezinta costuri suplimentare pentru legaturile de forta lungite. La aceasta se mai adauga si modificarile ce trebuie facute la generator pentru amplasarea transformatoarelor de curent pentru compoundaj.

In mod normal adoptarea unei solutii de echipare cu compoundaj pentru un Hg trebuie facuta inca in faza de proiectare a acestuia precum si a centralei de amplasare. Mai trebuie adaugat ca atat la noi cat si pe plan mondial aceasta solutie se aplica doar la grupuri de mare putere si foarte importante pentru siguranta sistemului energetic national.

a2. Costuri suplimentare generate de procurarea si implementarea subansamblurilor prevazute suplimentar in schema de excitatie.

Rezulta deci in mod clar ca aceasta solutie de excitatie de tip static, nu poate fi luata in considerare pentru inlocuirea actualelor echipamente de la centralele din Arges Aval.

b. Revenirea in regimuri stabilizate postavarii (deci dupa eliminarea scurtcircuitelor) are loc printr-un proces tranzitoriu cu oscilatii relativ mari ale parametrilor de excitatie (datorita unui proces de suprafortare care are loc la revenirea tensiunii la bornele HG la valori apropiate celei nominale in conditiile in care curentii statorici se mentin relativ mari datorita constantei de timp a circuitului de sarcina extern HG); din acest motiv, RAT trebuie dotat cu semnale aditionale tip PSS (deci aproape obligatoriu in constructie digitala).

c. Utilizeaza subansambluri ce necesita proiectare dedicata aplicatiei (transformatoarele; redresoarele - mai ales In varianta de compundaj pe c.a., cand sunt alimentate practic cu o tensiune variabila; impedantele din circuit; etc.); procurarea este mai dificila si costul de regula, se mareste nefiind produse de serie.

d. Randamentul de producere a energiei de excitatie este mai mic cu 2-3% fata de cel al solutiei statice cu alimentare de la borne (pierderi suplimentare de TCEx si redresorul cu diode);

e. Necesita pentru implementare modificarea (reconstruirea si reechiparea) traiectelor de legaturi de la bornele statorului HG, atat catre intrerupatorul de generator pentru racordarea trafo TDEx, cat si spre punctul neutru - pentru racordarea transformatoarelor curent - tensiune TCEx.

Operatiile necesita proiect special de modificari si implica costuri relativ mari pentru aplicare (avandu-se in vedere si necesitatea eliminarii prin masuri constructive a probabilitatii aparitiei de scurtcircuite in zona, extrem de periculoase).

f. Ca si orice alta solutie statica cu alimentare de la bornele HG Necesita obligatoriu Instalatie de stingere a campului rotoric al HG principal avand in componenta un intrerupator de c.c.

2.6. Schema de excitare cu Masina rotativa de c.a. inversata pe axul HG si redresor rotativ cu diode - Sistem de excitatie fara perii.

(Sursa de c.c. reglabila de tipul "AC rotativ exciter with an uncontrolled rectifiers - brushles exciter").

Desi nu reprezinta o schema statica de excitatie, prezentam aceasta schema intrucat in tema de continut se cere si prezentarea altor scheme de excitatie fezabil de aplicat pentru inlaturarea actualelor probleme puse de masinile de c.c. la Hg din CHE Arges Aval. Actualmente la unele Hg din cascada de CHE Olt Mijlociu se practica inlocuirea masinilor excitatoare de c.c. cu excitatoare de c.a. inversate si redresor rotativ cu diode.

2.6.1. Schema clasica de implementare si componenta:

Masina rotativa de c.a. inversata polifazata (cu 3, 5, 7, sau 9 faze si frecvente intre 50 si 10 HZ) pe axul HG.

Redresor rotativ cu diode amplasat pe o placa circulara din material izolant (textolit de cele mai multe ori) amplasata la partea superioara a axului HG sub excitatoarea inversata; in marea majoritate a cazurilor din sucursalele Hidroelectrica exista cate 2 diode pe fiecare semibrat (de 350 A de cele mai multe ori).

Reglajul de tensiune se executa pe 1 sau 2 infasurari de excitatie de la o Sursa de Excitatie Independenta de tip static; aceasta are in general una din formele (in general fiecare HG are in dotare ambele forme):

Regulator Automat de Tensiune (cu redresor cu tiristoare sau cu amplificatoare magnetice si redresor cu diode) alimentat din SP de 0,4 kV sau de la bornele HG (cu 2 canale de reglaj incorporate: Automat si Manual

Bloc de Excitare Manuala (redresor cu diode si reostat de reglare manuala, alimentat din SP 0,4 kV ale centralei), folosit in general ca rezerva la prima solutie.

Cele 2 surse debiteaza pe infasurarea de excitatie a excitatoarei prin intermediul unui intrerupator propriu; desi trecerea de pe o sursa pe alta se poate face prin manevre de egalizare ce pot fi efectuate de operator la orice sarcina a HG, actualmente trecerea se efectueaza doar in regim de mers in gol al HG.

2.6.2. Raspandire.

Din punct de vedere numeric reprezenta practic cel mai raspandit tip de echipament de excitatie cu care s-au echipat si se echipeaza generatoarele de tip hidro de la noi. In unele din sucursalele Hidroelectrica au loc acum chiar actiuni de inlocuire a masinilor excitatoare de c.c. cu masini de c.a. inversate cu redresor rotativ cu diode (acum in curs la unele HG de pe raul Olt din SH Rm. Valcea).

Cele mai reprezentative cazuri de HG cu excitatoare de c.a. inversate sunt:

- HG de la toate CHE din din subordinea SH Hateg (CHE Raul Mare Retezat 2 x 167,5 MW cu RAT electronice tip SAREX T50 - ICEMENERG) si celelalte 13 centrale cu grupuri de mai mica putere intre 6 - 8 MW din care CHE Subcetate cu RAT digital -ICPE Actel, restul cu SAREX T50 electronice);

- HG din CHE Tismana - Subteran (2 x 55 MW) si CHE Motru (2 x 28 MW) din cadrul SH Tg. Jiu (ambele centrale cu RAT tip SAREX T50 electronice - ICEMENERG).

- CHE Sugag (2 x 55 MW) din cadrul SH Sebes (ambele cu RAT digital ICPE Actel);

HG din CHE Remeti (2x55 MW din care un grup cu RAT digital ICPE-Actel, celalalt cu RAT SAREX 42A cu amplificatoare magnetice scos din functiune) si HG din CHE Munteni (2 x 28 MW ambele cu RAT SAREX T50).

HG din cadrul SH Caransebes - CHE Ruieni (2 x 76,5 MW ambele cu RAT digital ICPE-Actel) ;

- HG de la toate CHE din din subordinea SH Buzau (CHE Nehoiasu 2x28 MW, cu RAT digital ABB - Unitrol F; CHE Candesti, Vernesti si Simileasca , cu HG de 4-6 MW dotate cu SAREX T50).

2.6.3. Avantajele solutiei cu excitatoare rotativa inversata.

a. Avantajele generale ale unei solutii bazate pe excitatoare pe ax:

(practic aceleasi ca la excitatoarea de c.c.)

spatiu restrans ocupat in centrala; pentru implementare, in afara excitatoarei de pe ax, necesita doar un dulap regulator de tensiune, de mica putere (7-10 kVA, 25 - 50 A, ceva mai mare ca la excitatoarele de c.c. de putere echivalenta), si eventual un transformator de aceeasi putere de alimentare a RAT de la bornele HG (solutia cea mai utilizata este insa cu alimentarea directa a RAT de la 0,4 kV - SP de bloc).

- efectuarea unui reglaj cu un element de mica putere si de aici o oarecare usurinta in realizarea reglajelor si modificarea acestora, precum si durata relativ scurta a lucrarilor de reparatie si intretinere la RAT;

- in echipare cu RAT alimentat de la borne asigura independenta de evenimentele cu goluri de tensiune din reteaua de SP de bloc; deasemeni in aceasta solutie si cu prevederea unui circuit de amorsare de mica putere (20-30 A) alimentat din bateria de 220 V c.c. a centralei poate asigura excitarea HG fara sursa externa de energie.

existenta posibilitatii de amplasare a RAT oriunde in centrala (cazurile cele mai frecvente sunt cu RAT amplasat la nivelul superior al salii masinilor in acelasi rand cu celelalte dulapuri de comanda, sau in camera de comanda a centralei); conectarea RAT la excitatoare necesitand cabluri de mica putere si caderile de tensiune sunt neglijabile).

se poate asigura o buna rezervare a circuitelor de excitare a excitatoarei (dulap RAT cu 2 canale relativ independente Automat si Manual + Blocul de excitare manuala complet independent de dulapul RAT).

b. Lipsa totala a colectoarelor si a periilor colectoare, fapt care inlatura neplacerile create de perii si de praful de carbune aferent mentionat la solutia cu excitatoare de c.c.;

c. Costuri relativ mai mici pentru o eventuala implementare a solutiei comparativ cu o solutie statica de excitatie (dar ceva mai scumpa decat solutia cu masina de c.c., pentru ca apare in plus redresorul rotativ cu diode); fata de solutia statica de excitatie cu transformator si redresor cu tiristoare in rotorul HG:

- costul masinii de c.a. inversate este aproximativ egal cu costul unui transformator de putere impreuna cu traseul de bare capsulate de conectare a acestuia la bornele HG.

- costul RAT excitatoare + trafo de alimentare de la borne + cabluri de legatura + redresor rotativ cu diode, este evident mai redus decat costul RAT + redresor cu tiristoare + cabluri de legatura de forta din solutia statica.

La aceasta se mai adauga evident si avantajul spatiului mult ma redus ocupat din solutia cu excitatoare pe ax.

2.6.4. Dezavantajele solutiei cu excitatoare rotativa inversata:

a. Performante de regim dinamic foarte modeste, chiar in echipare cu un RAT digital foarte performant, cu raspuns initial inalt ("HIR"), datorita in special constantei de timp introduse in lantul de reglaj de excitatoarea de c.a. inversata ce are valori in plaja (0,25 - 0,35) s, in unele cazuri mai mari chiar decat la solutiile cu masini de c.c.;

Nota:

1. In cadrul unor lucrari de determinare a performantelor efectuate de ICEMENERG in anul 2004 la excitatiile din CHE Motru, CHE Tismana Subteran si CHE Remeti timpii de raspuns ai tensiunii de excitatie (care insumeaza timpul de raspuns al RAT - SAREX T50 electronice la Tismana si Motru respectiv digital la Remeti si timpul de raspuns al excitatoarei de c.a. inversate) determinati au fost in plaja 0,4 - 0,6 s (mai mici la RAT digital).

2. In cazul HG de medie putere din centrale care debiteaza in reteaua de transport de 220 kV unde defectele de tip scurtcircuit sunt eliminate foarte rapid (0,1 - 0,2 s) aceasta caracteristica conduce la faptul ca aceste grupuri nici nu apuca sa ajunga la parametrii de fortare si ca urmare nu isi aduc aportul necesar si asteptat la acest tip de eveniment.

3. Din Practica fabricantilor straini de echipamente de excitatie bazat pe o astfel de solutie, in special Alsthom - Franta, a rezultat ca pentru cresterea performantelor dinamice ale acestui tip de solutie de excitatie trebuie aplicate urmatoarele solutii:

utilizarea unui RAT cu Raspuns Initial Inalt ( "High Initial Respons" - HIR cea ce inseamna un plafon de fortare de cel putin 2,8 - 3 in tensiunea de excitatie a excitatoarei, si timpi de raspuns la fortare de maxim 0,030 - 0,040 s);

utilizarea excitatoarelor inversate intens polifazate (9 - 12 faze) si frecventa tensiunii de alimentare a redresorului rotativ cu diode de cel putin 100 Hz.

In aceasta echipare constructorul respectiv a obtinut reducerea timpului de raspuns global al echipamentului de excitatie pentru aceasta solutie pana la 0,1 s (foarte apropiat de solutiile statice clasice si doar dublu fata de solutiile digitale moderne).      

In centralele din sucursalele Hidroelectrica fabricantul UCM Resita a instalat excitatoare inversate de 50 Hz (pe Olt Superior) trifazate; in rest majoritatea excitatoarelor sunt polifazate cu mai mult de 3 faze (5, 7, sau 9 faze) si cu frecvante de 10,95, 13,00, 16,00 Hz). Deci nu a existat o preocupare de crestere a performantelor acestei solutii de excitatie prin aceste element; iar RAT-urile care fac parte din solutie sunt in general de tip vechi (SAREX 42-A cu amplificatoare magnetice, foarte lente si cu factor de fortare de maxim 2, sau SAREX - T50 - electronice, ceva mai performante, dar nu la nivelul cerintelor actuale); doar in ultimii 3-4 ani au inceput sa patrunda si in sucursalele Hidroelectrica solutiile cu RAT performant de tip digital cu HIR (fabricanti ICPE-Actel sau ABB) dar din pacate doar la grupurile de mica putere sau de mica importanta (dintre grupurile de medie putere doar HG din Ruieni sunt dotate cu RAT digital performant).

b. Datorita inserierii pe lantul de reglaj al solutiei a celor 2 elemente: RAT si excitatoare cu redresor rotativ, cu factori de amplificare si constante de timp foarte diferite operatia de acordare a RAT (care poate fi facuta in regim de gol, si care trebuie verificata prin probe in mai multe regimuri ale HG) este o operatie delicata, necesita mult timp si necesita munca inalt specializata mai ales pentru RAT digital de ultima generatie; practic prin instalarea acestor RAT ultramoderne (foarte benefica de altfel) sucursalele respective isi creeaza o dependenta de furnizorii respectivi, cel putin in perioada initiala pana se creeaza specialistii proprii;

c. Masina inversata este o masina dedicata cazului de HG la care se foloseste (o masina construita pentru un anume HG nu poate fi reutilizata la alt HG in caz de disponibilizare); ea trebuie proiectata si realizata pentru aplicatia data.

d. Redondanta (grad de rezervare) redus al solutiei datorita locului "ingust" creat de existenta excitatoarei: un defect major in excitatoare conduce la indisponibilizarea HG pentru durate de la 3-4 zile pana la 25-30 zile; legat de aceasta, si in acest caz nu se poate utiliza un echipament de excitatie de rezerva;

e. Lucrari de mentenanta laborioase cu consum mare de manopera si delicate (in special datorita prezentei in solutie a masinii rotative), comparativ cu solutia statica de excitatie la care transformatorul si redresorul cu tiristoare practic nu necesita lucrari de mentenanta (decat verificarile profilactice obisnuite).

f. In cazul alimentarii RAT din retaua de SP de bloc prezinta dezavantajul ca acesta este influentat de evenimentele cu goluri de tensiune din aceasta retea; doar unele RAT din centralele de pe Olt (de mica putere) au transformator de alimentare a RAT din bornele HG, restul HG cu aceasta solutie au RAT alimentat din SP de bloc (0,4 kV).

g. Lipsa unui sistem direct de stingere a campului la HG in cazul declansarilor (dupa stiinta autorilor prezentei lucrari problema este nerezolvata satisfacator la nivel mondial), combinat cu existenta remanentei la excitatoarele rotative inversate; acest inconvenient este foarte important mai ales in cazul declansarilor provocate de un defect in infasurarile HG deservit - conduce la agravarea si extinderea drastica a urmarilor defectului.

3. Propunerea ICEMENERG de solutie de schema de excitatie statica, pentru inlocuirea actualelor echipamente de excitatie de tip rotativ la Hg din CHE cascada Arges - Aval.

3.1. Punerea problemei

Datorita faptului ca din punctul de vedere al performantelor dinamice si al functiunilor ce le poate asigura pentru Hg deservit, schemele de excitatie statice prezentate mai sus sunt practic echivalente, pentru ierarhizare se vor folosi urmatoarele criterii (si care rezulta din avantajele / dezavantajele prezentate mai sus la fiecare solutie):

posibilitatile de amplasare in spatiile existente ale centralelor;     

costurile pe care le implica aplicarea solutiilor respective;

amploarea modificarilor ce le implica aplicarea solutiilor.         

Nota. 1. Trebuie amintit aici ca orice solutie statica de excitatie prezinta dezavantajul comun (fata de oricare schema de excitatie de tip rotativ), ca pentru aplicare necesita lucrari de modificare a partii superioare a hidroagregatului. Pentru ca se elimina din schema excitatoarea trebuie creata o noua cale de transmitere a uleiului din capul de distributie spre consumatorii respectivi. In faza a 2-a a lucrarii ICEMENERG va lua legatura cu furnizorul Hg respective, (ICM Resita) pentru a se asigura asupra posibilitatii / fezabilitatii operatiei respective (costuri, durata, etc.).

2. Asa cum s-a specificat mai sus solutia statica cu compoundaj este de departe imposibil de aplicat in cazul Hg din CHE Arges Aval, datorita nr. mare de elemente pe care le necesita, precum si a amplorii modificarilor in circuitele Hg pe care le implica; ca urmare ierarhizarea se va face doar pentru primele 4 solutii.

Din analiza privind spatiile disponibile existente la fata locului in fiecare din centralele din cascada Arges Aval, referitor la subansamblele comune la toate solutiile de excitatie mentionate, au rezultat urmatoarele:

Subansamblul RAT (partea de reglaj, comanda si supraveghere a excitatiei, inclusiv reglajul Manual, ce poate fi amplasat intr-un dulap 800x1000x2000 mm) din schema de excitatie statica poate fi amplasat in locul actualului dulap RAT de la fiecare Hg.

Subansamblul Instalatia de redresoare cu tiristoare - RT (ce poate fi amplasat deasemeni intr-un dulap de dimensiuni 800x1000x2000 mm) poate fi amplasat in locul unuia din dulapurile de telemecanica vechi si actualmente neutilizate care se afla la nivelul salii masinilor in spatele sau in acelasi sir cu actualele dulapuri de comanda ale grupurilor (s-au gasit cel putin cate 3 asemenea dulapuri nefolosite cu deschiderea de 800 mm in fiecare din centralele cascadei Arges-Aval).

Subansamblul ADR [continand instalatia de stingere camp (contactorul de c.c. si rezistenta de stingere camp)+ instalatia de protectie la supratensiuni a rotorului HG + instalatia de amorsare a excitatiei HG la pornire (compusa din o punte trifazata cu diode si un contactor de c.c. care debiteaza pe rotorul HG prin intermediul rezistentei de stingere)] poate fi amplasat in una din urmatoarele locatii:

♣ In actualul dulap ADR de la fiecare Hg.

♣ In unul din dulapurile vechi de telemecanica, mentionate mai sus, in vecinatatea dulapului redresor cu tiristoare.

(din analiza mentionata mai sus, pot exista de la caz la caz ambele locatii, in functie de locul de amplasare ce va fi gasit pentru TREX).

Nota. 1. Este absolut evident ca actualele ADR cu contactoare de tip ABB noi, vor putea fi inglobate in noua solutie de excitatie. Caietul de sarcini pe baza caruia vor fi comandate excitatiile statice va mentiona acest fapt.

2. Subansamblele RAT digital cu automate programabile tip Alan Bradley - SRAT N50 furnitura ICPE Actel instalate in ultimii 3-4 ani in centralele in discutie (la un nr de 22 Hg), ar putea fi reutilizate in noile scheme de excitatie, cu modificari hard si soft minore, numai daca furnizorul noilor echipamente va fi ICPE Actel. In cazul unui alt furnizor reutilizarea acestora este putin probabila (in special datorita tipului partii de calcul continatoare).

Pe baza criteriilor de ierarhizare mentionate mai sus autorii prezentei lucrari propun urmatoarea ordine de preferinta pentru solutiile de excitatie statica ce pot fi aplicate la Hg din componenta centralelor din cascada Arges - Aval:

3.2. Solutia de excitatie statica utilizand Transformator alimentat de la bornele HG (Solutia statica de excitatie cu trafo derivatie - TREX de la borne).

Este schema clasica de excitatie statica pentru hidrogeneratoare in mod special, si care este tot mai des utilizata si la grupurile termo. Amplasamentele RAT, Redresor cu tiristoare si ADR vor fi cele mentionate mai sus la pct. 3.1.

Principalele motive pentru care ICEMENERG sustine alegerea pentru aplicare a acestei metode sunt:

Aplicarea ei nu are repercursiuni negative asupra bunei functionari a celorlalti consumatori din centrala si nu necesita celula de 6 kV speciala pentru conectarea TREX.

Singura problema relativ complicata pentru centralele din cascada Arges-Aval este gasirea unui loc adecvat de amplasare pentru TREX (ce se va lega la bornele Hg).

In urma analizei efectuate la fata locului pentru diversele amplasamente posibile pentru acest element (de tip uscat cu putere cuprinsa in ecartul 180 - 280 kVA, 6.3 kV / 0,4 kV, dimensiuni aproximative cu tot cu carcasa maxime: L=1400, l=800 h =1400 mm) s-au gasit urmatoarele posibilitati:

♣ In locul actualelor dulapuri (celule) ocupate de BEM si ADR (AGP) din sirul de celule de la bornele Hg, (celule cu deschiderea de 950 mm si adancimea de 1100 mm - locatia cea mai probabila (BEM dispare ca functiune iar ADR se va amplasa in locul mentionat anterior). Transformatorul va fi asezat paralel cu peretele.

♣ In una din camerele de sub podul de cable al centralei sau adiacenta acestuia, care acum au alte destinatii (magazie de materiale, magazie PSI, etc, si carora li se pot gasi alte locatii).

In cazul in care SH Curtea de Arges va fi de acord cu alegerea acestei solutii care reprezinta optiunea ICEMENERG, solutia de amplasare a TREX va fi detaliata in faza a 2-a a lucrarii, unde se vor da si modul de calcul si alegere a tensiunii secundare si a puterii aparente a acestuia.

3.3. Solutia de excitatie statica utilizand Transformator alimentat din bara comuna de 6 kV ale ambelor HG

Difera de solutia anterioara prin locul de conectare al TREX, care este punctul comun de 6 kV de la bornele celor 2 Hg (aval de intrerupatoare, punct plasat actualmente in statia exterioara a fiecarei centrale).

Amplasamentele RAT, Redresor cu tiristoare si ADR (elemente comune cu solutia anterioara) vor fi cele mentionate mai sus la pct. 3.1.

Apare in plus necesitatea amplasarii a inca 2 celule de 6 kV in fiecare centrala, cu intrerupator de conectare a TREX, precum si a celor 2 TREX.

Din analiza de spatii facuta la fata locului s-a constatat ca nu exista loc de amplasare a inca 2 celule de 6 kV in statia actuala interioara de 6 kV.

Deasemeni devine foarte dificila alegerea pentru TREX a locatiilor precizate la solutia 3.2 anterioara (trasee prea lungi de cable de 6,3 si 0,4 kV : celula de 6 kV - TREX - Dulap cu tiristoare.

O alta posibilitate este construirea unei cladiri in statia exterioara de 6 / 110 kV (in jurul punctului unde se face acum bara comuna de 6 kV aval de intrerupatoarele celor 2 Hg) unde sa poata fi amplasate cele 2 celule si cele 2 transformatoare care pot fi si in acest caz de tip uscat, ca si in solutia 3.2. anterioara.

Alegerea acestei solutii se va face numai daca proiectantul partii electrice a centralelor respective va fi de acord cu aceasta.

3.4. Solutia de excitatie statica utilizand Transformator alimentat din sectia de 0,4 kV SI ale HG (Solutia statica de excitatie cu trafo alimenat din SI).

Solutia este practic identica ca amplasament al elementelor ca si solutia 3.2. de mai sus cu TREX de aceeasi putere dar de 0,4 / 0,4 kV (cu dimensiuni cu cca. 25 % mai mici).

Desi solutia este foarte fezabila, ICEMENERG nu o recomanda pentru ca necesita inlocuirea actualelor TSI cu altele cu putere marita cu cca. 360 - 560 kVA (necesitati diferite de la centrala la centrala, functie de curentul de excitatie ce trebuie asigurat).

3.5. Solutia de excitatie statica cu alimentare directa a redresorului cu tiristoare din sectia de 0,4 kV SI ale HG (Solutia statica de excitatie cu alimenare din SI - 0,4 kV).

Solutia este practic identica ca amplasament al elementelor ca si solutia 3.2. de mai sus dar fara TREX, si cu aceeasi putere de 360 - 560 kVA absorbita din SI.

Desi solutia este foarte fezabila, ICEMENERG nu o recomanda pentru ca:

necesita inlocuirea actualelor TSI cu altele cu putere marita cu cca. 100 - 200 kVA (necesitati diferite de la centrala la centrala, functie de curentul de excitatie ce trebuie asigurat).

va necesita masuri pentru atenuarea efectelor regimului deformant produs de redresorul cu tiristoare, masuri ce vor fi luate fie de furnizor (bobine de reactanta serie pe faze, amplasate in dulapul redresor), fie la fiecare consumator legat la bara de 0,4 kV SI, sensibil la deformarea undei de tensiune.

****** /// ******

4. CONCLUZII 

4.1. Actualele excitatoare de c.c. din schemele de excitatie din componenta CHE Arges Aval necesita inlocuire, datorita epuizarii totale a duratei normate de viata, a uzurii fizice acumulate precum si a sigurantei scazute in functionare pe care o confera Hg deservite din cauza problemelor de mentenanta pe care le pun.

4.2. Schemele de excitatie cu masina rotativa de c.c. reprezinta o solutie de excitatie cu uzura morala pronuntata datorita constantelor mari de timp pe care le introduc excitatoarele in lantul de reglaj precum si datorita faptului ca pentru conducerea de la distanta implica supravegherea unui nr mare de parametri (pe langa cei ai HG si cei aferenti excitatoarei). Schemele actuale cu excitatoare de c.c. avand, pe langa RAT, si circuit propriu de auto excitatie (punct multiplu de reglare) sunt practic foarte dificil de introdus intr-o schema de conducere la distanta de tip SCADA.

4.3. Inbunatatirea radicala a calitatii reglajului, a performantelor asigurate, a inlaturarii problemelor de mentenanta mentionate mai sus la pct 2.1. pot fi realizate prin dotarea Hg cu scheme statice de excitatie. Din analiza de spatii existente s-a constat ca montarea unor echipamente statice de excitatie este total fezabila.

4.4. ICEMENERG propune conducerii SH Arges spre analiza si decizie utilizarea pentru aceasta actiune a Solutiei de excitatie statica utilizand Transformator alimentat de la bornele HG, detaliata anterior la capitolul 3 din prezenta lucrare. Se poate opta si pentru oricare din solutiile ierarhizate la cap. 3 de mai sus dar schemele 3.3, 3.4 si 3.5 prezinta unele inconveniente fata de solutia 3.2.

****** ///

Anexa A

A. Prezentarea performantelor si a plajei admisibile (sau uzuale) pentru valorile acestora, a caracteristicilor si a dotarii cu functiuni pentru echipamentele de excitatie aferente HG.

(Valori recomandate de normative in vigoare)

Referitor la performantele sistemelor de excitatie trebuie sa specificam ca la noi in tara nu exista standarde, PE, sau alte documente cu putere de lege care sa normeze parametri de performanta si caracteristici functionale pentru Sistemele de excitatie si RAT aferente generatoarelor; in Standardele STAS 10784 - Turbogeneratoare si STAS 9385 - Hidrogeneratoare sau diverse PE de generatoare se specifica doar 2-3 caracteristici ce trebuie sa le aiba sistemele de excitatie care echipeaza grupurile generatoare: plafoanele de fortare in tensiune si curent de excitatie; timpul de asigurare a plafoanelor de fortare si viteza nominala de crestere a tensiunii de excitatie la fortare. Deasemeni PE - 509 / 1984 prezinta, pe langa definitiile unora din parametri si valori normate pentru acestia; desi nu este scos din uz, acest normativ este complet depasit la ora actuala;

In unele standarde straine, ca de ex. CEI 34-16-1, CEI 34-16-2, ANSI / IEEE Standard 421 precum si in altele se enumera, se definesc acesti parametri de performanta si se dau conditii de determinare a acestora, fara sa se specifice valori normate pentru acestea, specificandu-se ca valorile parametrilor respectivi sunt la latitudinea relatiei dintre Furnizorul si Utilizatorul acestora. Exista si tari in care aceste echipamente sunt foarte clar standardizate ca tipuri, functiuni si performante normate: Russia - GOST 2384 / 1985; Anglia - BS 4999 / 1992; Cehia, etc.

In Codul RET, cap. 6.4.1. este specificata Cerinta ca fiecare grup generator sa fie echipat cu RAT si ca in functionarea de lunga durata fara RAT nu este permisa, fara sa se specifice caracteristicile sau parametri de performanta pe care ansamblul generator + sistem de excitatie + RAT trebuie sa le realizeze la functionarea in retea.

Avand in vedere cele de mai sus si bazat pe sursele de informare straine specificate anterior, in cele de mai jos prezentam parametri de performanta si caracteristicile de functionare aferente instalatiilor de excitatie pe care le are in vedere lucrarea de fata pentru ca grupurile hidro deservite sa poata raspunde necesitatilor impuse de Codul RET, in calitatea acestora de elemente racordate la RET respectiv de furnizori de servicii tehnologice de sistem:

A.1. Domeniul de reglaj al tensiunii de la bornele HG (exprimat in procente din tensiunea nominala) reprezinta plaja tensiunii de la bornele generatorului, in jurul tensiunii nominale, in interiorul careia, ansamblul HG + RAT poate functiona de durata stabil si fara oscilatii in orice punct unde se ajunge, urmare fie a actiunii RAT ca raspuns la evenimentele din reteaua de racord fie a unor actiuni voite (comenzi de creste sau scade excitatia date de operator).

ICEMENERG recomanda adoptarea urmatoarele valori pentru acest parametru:

- Pe reglaj Manual:

♦ sistem de excitatie cu autoexcitatie de la borne (cu alimentarea in forta a RAT sau a echipamentului de excitatie din tensiunea de la borne): 0,7 U_{b n}- 1,1 U_{b n}

♦ sistem de excitatie cu alimentare independenta de tensiunea de la borne : 0- 1,1 U_{b n}

- Pe reglaj Automat:

Pentru toate tipurile de sisteme de excitatie: 0,7 U_{b n}- 1,1 U_{b n} .

Similar cu acest parametru se mai definesc:

- Valoarea minima pentru Referinta de tensiune (Consemnul de tensiune) care poate fi setat pe RAT. Valoare recomandata de UCTE pentru acest parametru: maxim 0,8 * U_bn

- Valoarea maxima pentru Referinta de tensiune (Consemnul de tensiune) care poate fi setata pe RAT. Valoare recomandata de UCTE pentru acest parametru: minim 1,1 * U_bn

A.2. Precizia de mentinere a tensiunii de la bornele generatorului sau Acuratetea RAT (exprimata in procente din tensiunea nominala): Diferenta dintre consemnul de tensiune fixat in RAT si tensiunea la borne.

Reprezinta totodata plaja din jurul consemnului de tensiune fixat in RAT, exprimata in procente din tensiunea nominala in interiorul careia RAT readuce tensiunea de la borne dupa fiecare variatie libera a acesteia ca urmare a evenimentelor din reteaua de racord, prin actiuni automate de schimbare a parametrilor de excitatie, si implicit a incarcarii cu putere reactiva.

Valori recomandate de UCTE pentru acest parametru:

0,2 % pentru unitati generatoare de tip termo.

0,5 % pentru unitati generatoare de tip hidro.

Valori uzuale relizate de RAT aferente grupurilor hidro din SEN se plaseaza sub 0,5 % pentru cele digitale sau electronice clasice, respectiv 1,0 % pentru RAT cu amplificatoare magnetice de tip vechi. (SAREX 42 A sau de tip Siemens).

A.3. Insensibilitatea RAT (exprimata in procente din tensiunea nominala): Plaja maxima de variatie libera, naturala, ca urmare a evenimentelor din retea, a tensiunii de la bornele grupului generator, in interiorul careia, Regulatorul Automat de Tensiune nu actioneaza, in sensul comandarii schimbarii parametrilor de excitatie ai generatorului.

In general toate documentele straine sau interne consultate dau ca obligatorie pentru acest parametru valoarea de ± 1.0 % . Deasemeni si la acest parametru toate RAT - urile de tip digital, aferente grupurilor HG de la noi si unele RAT de tip analogic electronice (SISTEX 01 Mh), instalate la noi in sistem realizeaza ± 0.5 %.

A.4. Statismul RAT reprezinta cuantumul aportului (absorbtiei) de putere reactiva al grupului generator, rezultat ca urmare a interventiei RAT la variatiile libere ale tensiunii retelei (provocate de evenimente din sistem).

Se determina ca raport dintre variatia relativa a tensiunii la borne si variatia relativa a puterii reactive de la borne cu urmatoarea formula:

S_u= 100 x (dU / U_n ) / (dQ / Q_n )

dQ = variatia puterii reactive produse de generator.

Q_n = puterea reactiva nominala a generatorului.

dU = variatia tensiunii punctului fata de care se determina statismul.

U_n= tensiunea nominala a punctului fata de care se determina statismul.

Valoarea ce trebuie fixata pentru acest parametru pentru un RAT ce actioneaza intr-un anumit nod din SEN, importanta pentru participarea G la reglajul de tensiune din nod, rezulta din calcule de sistem si este pecizata de UNO-DEN. Valoarea acestui parametru trebuie sa fie reglabila continuu sau in trepte de 1%, in plaja (0 - 12) %.

Valori uzuale pentru acest parametru fixate pe RAT-urile din SEN: in plaja (3 - 5) %.

Mai este cunoscut si sub numele de Coeficientul de compoundaj al RAT deoarece se refera la faptul ca prin circuitul respectiv, la intrarea RAT se aplica o tensiune provenita de la borne compoundata cu componenta reactiva a curentului statoric al generatorului:

U_RAT = U_b - K * I * sin j

(La intrarea RAT se introduce o tensiune mai mica decat valoarea tensiunii pe care el o regleaza).

Deasemeni in standardele CEI si IEEE este denumit si ca circuitul "compensator al curentului de sarcina" sau "circuitul compensator de impedanta"(impedanta dintre bornele HG si punctul a carui tensiune vrem sa o urmareasca RAT) .

A.5. Plafonul de fortare al excitatiei (in tensiune respectiv in curent de excitatie) reprezinta valoarea relativa a parametrilor de excitatie ce trebuie realizati de echipamentul de excitatie in cursul procesului de fortare a excitatiei (rapoartele dintre valorile maxime stabilizate ale tensiunii / curentului de excitatie realizate de echipamentul de excitatie si valorile nominale ale parametrilor rotorici ai generatorului).

Voaloarea impusa pentru acesti parametri la grupuile HG, conform cu STAS 9385-1 / 1985, este de 1,8 u.r.

A.6. Durata de mentinere a plafoanelor de excitatie, parametru care este cunoscut si sub denumirea de Durata de temporizare a fortarii excitatiei, reprezinta durata pe care echipamentul de excitatie trebuie sa mentina in rotorul HG parametrii de fortare, pentru cazul mentinerii conditiilor de fortare a excitatiei (tensiune la borne scazuta brusc cu 5 - 20 %); dupa scurgerea acestui timp urmand ca RAT sa comande limitarea curentului de excitatie la valoarea nominala.

Pentru acest parametru valoarea uzuala ce trebuie reallizata de sistemele de excitatie romanesti sau straine este pentru HG de 10 s.

A.7. Timpul de raspuns al tensiunii de excitatie (sau denumirea echivalenta preluata dupa normele rusesti Rapiditatea de raspuns la fortare a sistemului de excitatie) reprezinta timpul necesar pentru ca tensiunea de excitatie sa atinga 95 % din diferenta dintre tensiunea de plafon si tensiunea nominala rotorica, in conditii specificate.

Pentru acest parametru avem urmatoarele valori uzuale:

- Pentru sistemele de excitatie cu reglaj direct - echipamente cu redresoare cu tiristoare complet comandate in circuitul rotoric al HG deservit: 0,050 s. (valoare realizata la noi in sistem la HG echipate cu RAT digital sau cu RAT analogic de constructie electronica tip SISTEX 01 Mh).

- Pentru sistemele de excitatie cu reglaj indirect - echipamente cu masina excitatoare de c.c. sau cu masina rotativa de c.a. si redresor cu diode in circuitul rotoric al HG (rotativ sau stationar): 0,200 s - 0,600 s., indiferent de tipul de RAT care le echipeaza; asa cum s-a mai specificat la echipamentele cu reglaj indirect oricat de performant ar fi RAT valoarea acestui parametru este majoritar dictata de timpul de raspuns al excitatoarei (de c.c. sau de c.a. inversate) si care variaza in domeniul 0,2 - 0,5 s.

A.8. Raspunsul nominal al sistemului de excitatie (sau Viteza nominala de crestere a tensiunii de excitatie la fortare) reprezinta panta medie de crestere a tensiunii de excitatie a generatorului in cursul procesului de fortare a excitatiei, calculata pe un interval de timp dat (normat), in cursul caruia se atinge valoarea de U_exn + 0,632 (U_plafon - U_exn ).

Pentru acest parametru standardele de hidrogeneratoare de la noi solicita ca valoare minima de realizat valoarea de 2,5 u.r. / s;

Echipamentele de excitatatie cu reglaj direct - cu RAT de tip digital sau cu RAT analogic -electronic de la noi realizeaza pentru aceasta viteza valoari de minim 6 - 8 u.r. (spre exemplu excitatiile noi instalate la CHE Portile de Fier 1 cu RAT digital realizeaza valoarea de 9,5 u.r.); sistemele cu reglaj indirect, indiferent de tipul de RAT, realizeaza valori in plaja 2,5 - 3 u.r. / s;

A.9. Raspunsul in timp al tensiunii de excitatie la fortare reprezinta curba de variatie inregistrata de tensiunea de excitatie livrata de sistemul de excitatie in timpul procesului de fortare a excitatiei (curba din care se determina parametrii de fortare).

A.10.Curentul nominal si tensiunea nominala a echipamentului de excitatie;

Reprezinta valorile maxime de lunga durata pe care le poate livra un echipament de excitatie la bornele rotorului HG deservit (in sarcina); datorita faptului ca exista regimuri de lunga durata, cerute si admise pentru HG, in care acesta are nevoie de un curent de excitatie mai mare decat cel nominal (in special cele cu tensiune ridicata la borne si frecventa coborata in retea) este necesar ca parametrii de lunga durata ai sistemului de excitatie sa fie mai mari decat parametrii nominali ai HG. Practica actuala la noi si la ofertantii straini este ca:

U_{Ex n} = 1,1 * U_{f n}si I_{Ex n} = 1,1*I_{f n}

A.11. Coeficientul de amplificare static relativ al buclei de reglaj de tensiune din RAT.

Conform cu PE 509/85 valoarea necesara pentru acest parametru este intre 20 si 50 u.r./ u.r. necesara pentru a se realiza parametrii de fortare mentionati mai sus precum si o fortarea a excitatiei HG pentru o scadere brusca a tensiunii de la bornele HG cu (5 - 20) % din valoarea tensiunii nominale.

A.12. Dotarea echipamentului de excitatie cu mijloace de limitare a curentului de excitatie sau a puterii reactive debitate / absorbite la marginile domeniului delimitat de diagrama P-Q reala a generatorului.

a. Limitatorul de regimuri capacitive (subexcitate) care poate fi realizat in una sau mai multe din urmatoarele variante:

a1. Limitatorul de curent minim de excitatie (care are ca marime de intrare curentul rotoric), reglat uzual la valoarea de (0,7 - 0,8) I_{e 0 n} .

a2. Limitatorul de putere reactiva in regimuri capacitive (care are ca marime de intrare pe care o supravegheaza puterea reactiva de la borne) care se regleaza dupa o curba Q = f (P) care reproduce curba limita termic de functionare in regim capacitiv a Diagramei P-Q reale determinata pentru generatorul respectiv.

a3. Limitatorul de unghi intern al generatorului (care are ca marime de intrare unghiul intern al generatorului - δ - unghiul dintre tensiunea electromotoare interna si tensiunea de la bornele generatorului) si care in regimuri stationare se calculeaza cu formula:

tg δ = P / ( Q + U² / X_q )

P = puterea activa debitata de grup;

Q = puterea reactiva debitata (cu + ) respectiv absorbita (cu - ) de grup;

U = tensiunea de la bornele generatorului;

X_q = reactanta sincrona transversala a generatorului.

b. Limitatorul de regimuri inductive maxim admise care de regula are ca marime supravegheata curentul rotoric al generatorului;

De regula si acest limitator este realizat in una din urmatoarele variante:

- cu reglaj fix de intrare in functiune la depasirea valorii de 1,1 din curentul nominal rotoric (se mai numeste si limitator de suprasarcina rotorica) si cu actionare temporizata cu 15 - 25 secunde pentru exploatarea capacitatii termice a rotorului in cazul unor regimuri tranzitorii ample ale retelei.

- cu actiune integrala care la depasirea limitei de 1,1 din curentul nominal rotoric incepe sa calculeze integrala lui i² si la atingerea unei limite care depinde de capacitatea termica a rotorului comanda scaderea si mentinerea curentului de excitatie la valoarea nominala.

c. Limitatorul de curent de excitatie la fortare, la valoarea de plafon.

Acest circuit are rolul de a proteja rotorul HG pentru a nu depasi temperatura maxima admisa la fortare, si trebuie sa indeplineasca 2 functiuni:

- limitarea valorii curentului rotoric la valoarea de plafon (reglat la 1,8 I_{e n} ) in cursul procesului de fortare a excitatiei.

- limitarea (scaderea curentului de excitatie), la valoarea nominala dupa scurgerea timpului de fortare normat (temporizarea fortarii excitatiei).

A.13. Dotarea RAT aferente HG de mare putere cu canale aditionale stabilizatoare.

Se refera la dotarea RAT cu canal aditional de tip PSS ("Power System Stabilizer") de pe intrarea RAT cu care este obligatoriu sa fie dotate generatoarele de mare putere din SEN, in special cele noi sau cele cu excitatii ce se modernizeaza. Cu astfel de dispozitiv sunt dotate practic toate excitatiile cu RAT de tip digital ce s-au montat la noi din 1990 incoace (grupurile HG din CHE Portile de Fier 1, grupurile de 330 MW cu excitatie ABB precum si generatorul nr. 1 de la Cernavoda (cu excitatie cu compundaj si reglaj direct).

Acest canal are rolul de a elimina sau micsora oscilatiile de putere care apar la bornele generatorului si implicit oscilatiile in unghiul intern al generatorului (unghiul dintre axele de referinta ale rotorului si statorului). Reducerea oscilatiilor subsincrone ce apar in axul generatorului determinate de oscilatiile sarcinii debitate, este de fapt scopul principal pentru care echipamentul de excitatie de la Cernavoda a fost dotat cu canal aditional de tip PSS.

A.14. Performanta realizata de ansamblul generator + excitatie si RAT in timpul si dupa urmatoarele evenimente ce pot avea loc in timpul functionarii in sarcina:

a. Deconectare totala din sarcina nominala cu ramanere in functiune in regim de mers in gol excitat . (fara sarcina).

b. Deconectare din sarcina nominala cu ramanere in functiune pe sarcina serviciilor interne ale grupului. (posibilitatea de functionare izolata)

(pentru HG nominalizate sa participe la planul de restaurare a SEN dupa o avarie extinsa de sistem).

A.15. Parametrii functiei de transfer echivalente a sistemului de excitatie + RAT.

Functiile de transfer echivalente ale sistemelor de excitatie sunt necesare pentru modelarea generatoarelor in studiile si calculele de sistem (de stabilitate statica sau dinamica) care se fac de catre Operatorul Transpor si de Sistem - DEN, in cadrul studiilor de prognoza. In aceste calcule ansamblul grupului generator este reprezentat printr-un sistem de ecuatii diferentiale liniare care reproduc functionarea generatorului si ale celor doua anexe ale sale care asigura reglarea parametrilor caracteristici ai grupului: sistemul de excitatie si sistemul de reglaj frecventa-putere activa.

In cadrul Codului RET este prevazuta obligativitatea proprietarilor de grupuri producatoare de a furniza catre administratorii retelei de transport functia de transfer globala a sistemului de excitatie.

Reprezentarea sistemului de excitatie se face in general prin una sau 2 ecuatii diferentiale care pleaca de la modelarea acestuia printr-o o functie de transfer, a carei forma generala este una din urmatoarele tipuri (In conformitate cu cele specificate in normele CEI 34-16-2 si IEEE Standard 421-5) :

F(p) = K_u * (1 +p T₃ ) / ((1+pT₁ )*(1 + T₂ )) sau

F(p) = K_u / (1+pT₁ )

unde K_u = coeficientul de amplificare global (RAT + sursa de forta de c.c.) iar T₁ , T₂ , T₃ sunt constantele de timp globale introduse de RAT si sursa de c.c. reglabila comandata de RAT.

A.16. Dotarea sistemului de excitatie cu protectii care supravegheaza limitele minime si maxime ale curentului de excitatie ale generatorului deservit.

In mod uzual aceste protectii sunt denumite:

- Protectia de I_{ex min}care trebuie reglata in general la valoarea de 0,1 - 0,2 din curentul nominal de excitatie, cu intrare in functiune temporizat cu cca 1 sec.

- Protectia de I_{ex max}care trebuie reglata in general la valoarea de 2,1 - 2,2 din curentul nominal de excitatie si cu actionare netemporizata.

A.17. Capacitatea de debitare / absorbtie a puterii reactive de catre un grup hidrogenerator.

Desi practic toate caracteristicile si performantele la retea, prezentate mai sus sunt realizate de catre grupul generator prin cresterea / sau descresterea puterii reactive de la bornele sale (debitare reactiv respectiv absorbtie reactiv), Codul RET Romania precum si unele Coduri de retea straine prezinta acest parametru ca o caracteristica separata care trebuie demonstrata respectiv testata in functionare, fara sa se specifice vreun parametru cantitativ pentru acesta..

Aceasta caracteristica denota disponibilitatea grupului hidrogenerator de a-si acorda (in functie de statismul fixat pe RAT) marimea si sensul variatiei puterii reactive de la borne in functie de marimea si sensul variatiilor care apar in tensiunea din nodul de racord la retea, ca urmare a evenimentelor ce au loc in retea. Cu alte cuvinte un grup hidrogenerator dotat cu un RAT performant si bine acordat la necesitatile ce pot apare in nodul de racord la retea trebuie tot timpul sa-si varieze valoarea puterii reactive in acord cu ceea ce se intampla cu tensiunea din nodul de racord.

*************

Pe langa parametrii enumerati mai sus, unele documente UCTE aparute la noi mai dau ca parametri caracteristici pentru un echipament de excitatie si urmatoarele:

A.18. Valoarea maxima a tensiunii de excitatie = valoarea maxima a tensiunii pe care echipamentul de excitatie o poate livra la bornele sale in conditii specificate.

A.19. Valoarea maxima a curentului de excitatie = valoarea maxima a curentului pe care echipamentul de excitatie il poate livra la bornele sale in conditii specificate.

A.20. Durata in care echipamentul de excitatie poate asigura la bornele sale valoarea maxima a tensiunii de excitatie in conditii de scurtcircuit la bornele de i.t. ale transformatorului de bloc.

UCTE recomanda pentru acest parametru valoarea de minim 2 s.

A.21. Curentul de excitatie maxim ce poate fi asigurat de echipamentul de excitatie pentru 10 s.

UCTE recomanda pentru acest parametru 1,5 I_{ex n}, pentru unitati generatoare mai mari de 150 MW.

A.22. Valoarea minima a tensiunii de alimentare a echipamentului de excitatie la care acesta mai poate functiona.

Pentru echipamentele de excitatie statica UCTE recomanda valoarea de maxim 0,2 U_n .

B I B L I O G R A F I E.

5.1. CODUL TEHNIC al Retelei Electrice de Transport.

Document ANRE nr. 51.1.112.0.01.07./ 04 / 00.

5.2. CODUL TEHNIC al Retelelor Electrice de Distributie.

Document ANRE nr.101.1.113.0.01.06./ 06 / 00.

5.3. Excitation systems for synchronous machines. Chapter 1: Definitions. Chapter 2: Models for Systems Studies. Documente CEI 34 - 16 - 1, respectiv CEI 34 - 16 - 2 din 1991.

5.4. Instructiuni privind probele functionale ale sistemelor de reglare automata a tensiunii si vitezei grupurilor energetice. - Prescriptie Energetica - PE 509 / 84.

5.5. STAS 9385-1 / 85- 'Hidrogeneratoare, Conditii tehnice generale'.

5.6. ANSI / IEEE Standard 421.1 - 1986 "IEEE Standard Definitions for Excitation Systems for Synchronous Machines".

5.7. IEEE Standard 421.2 - 1990 "IEEE Guide for Identification, Testing, and Evaluation of the Dynamic Performance of Excitation Control Systems".

5.8. Regulament de exploatare tehnica a generatoarelor electrice.

Prescriptie energetica - PE 130 / 95.

5.9. Normativ de incercari si masuratori la echipamente si instalatii electrice. Prescriptie PE 116 / 94.

5.10. "Analiza diagnostic a starii actuale si de dotare efectiva pentru tipurile de echipamente de excitatie si RAT la HG in operare din CHE din componenta SH Curtea de Arges".

Contract ICEMENERG nr. 9080 / HE90/2004.

5.11. "Determinarea experimentala a performantelor sistemelor de excitatie si RAT aferente grupurilor HG dispecerizabile pentru stabilirea gradului de conformare a acestora cu cerintele codului RET si pentru calificarea ca furnizor de servicii tehnologice de sistem."

Contract ICEMENERG nr. 9079/HE92/2004.

5.12. "Efectuarea masuratorilor pentru calificarea HA1 si HA2 din CHE Motru".

Lucrare ICEMENERG 2004 din planul de studii al SH Tg Jiu.

5.13. "Procedura de monitorizare si testare a grupurilor generatoare conectate la RET, in conformitate cu Capitolul 9 Cod RET. Procedura de testare a capacitatii de raspuns la solicitarile Operatorului de Transport si Sistem. Testarea capacitatii de generare/ absorbtie a puterii reactive". Lucrare ICEMENERG nr. III-31 pe 2004 din planul TRANSELECTRICA -SA.

5.14. "Expertizare stare tehnica, stabilire solutie de retehnologizare, Caiet de sarcini, proiect de modernizare si realizare practica pentru echipamentele de excitatie statica aferente HG nr. 2 din CHE Tismana Aval". Contract ICEMENERG nr. 3987/ 1998 - 1999 beneficiar SH Tg. Jiu.

5.15. "Efectuarea probelor de determinarea performantelor pentru echipamentele de excitatie dotate cu RAT tip ICPE ACTEL aferente la 2 grupuri HG din sistem (cu masina rotativa de c.c. respectiv cu masina rotativa de c.a. inversata si redresor rotativ cu diode)"

Lucrare ICEMENERG anul 2003 beneficiar Hidroelectrica SA.

5.16. "Supraveghere probe si atestare rezultate probe de garantie pentru echipamentul de excitatie furnitura ALSTOM POWER aferent HG 6 de 216 MVA din CHE Portile de Fier 1"

Lucrare ICEMENERG nr. 1242 / 2002 beneficiar SH Portile de Fier.

***&&&***