При эксплуатации СК должны быть обеспечены их бесперебойная работа в допустимых режимах, надежное действие систем возбуждения, охлаждения, водоснабжения, маслоснабжения, устройств РЗиА и т. д.

Установленный режим работы СК по разным причинам (от изменения напряжения сети, при КЗ и т. д.) может самопроизвольно изменяться. Во многих таких случаях с целью поддержания устойчивости параллельной работы электростанций и снижения колебаний напряжения на шинах потребителей необходима автоматическая или ручная форсировка возбуждения.

В настоящее время применяются следующие системы возбуждения: электромашинная система, тиристорная реверсивная система (вместо ионного возбуждения), система бесщеточного возбуждения.

Электромашинная система возбуждения. При этой системе возбуждения возбудительный агрегат состоит из возбудителя постоянного тока, приводного асинхронного двигателя и подвозбудителя постоянного тока с самовозбуждением. В схеме автоматического регулирования напряжения имеется устройство компаундирования, состоящее из промежуточного трансформатора и выпрямителей. Выпрямленный ток изменяется пропорционально току статора.

Если напряжение в сети, например, изменилось до 0,9U_ном, то при постоянном токе ротора это приведет к увеличению тока статора. На выходе устройства компаундирования возрастает ток, посылаемый им в обмотку возбуждения возбудителя, что приводит к увеличению тока в роторе и частичному восстановлению напряжения на шинах. Поскольку устройство не обеспечивает точного поддержания напряжения на шинах ПС, то одновременно с регулированием по току статора применяется еще регулирование по напряжению на выводах статора. Оно выполняется корректором напряжения, вступающим в работу с некоторым опозданием, вносимым усилителем устройства. Корректор увеличивает возбуждение СК, изменяя ток в дополнительных обмотках возбудителя.

Ручное управление нагрузкой СК производится шунтовым реостатом при отключенном корректоре напряжения, если корректор включен его установочным трансформатором.

При КЗ, когда напряжение в сети резко снижается (до 0,85U_ном и ниже), вступает в действие форсировка возбуждения. При ее срабатывании закорачивается шунтовой реостат в цепи возбуждения возбудителя. В результате ток ротора увеличивается до максимального и возбуждение СК достигает предельного значения.

Персоналу запрещается вмешиваться в работу устройства автоматического регулирования возбуждения, если время форсировки не превышает допустимое.

После отключения КЗ или по истечении установленного времени форсировки СК должен автоматически разгружаться и переводиться в номинальный режим работы.

Энергия магнитного поля СК при отключении его от сети превращается в электрическую энергию. Переходный процесс может привести к появлению опасных для изоляции обмотки ротора и контактных колец перенапряжений. Если отключение СК вызвано еще и повреждением внутри машины, то ток в обмотке возбуждения будет длительно индуктировать в статорной обмотке ЭДС, что приведет к устойчивому горению дуги и увеличению степени повреждения.

Поэтому при внутренних КЗ необходимо не только отключение СК от сети, но и по возможности плавное гашение магнитного поля возбуждения.

Отключение обмотки ротора СК от возбудителя и одновременное гашение магнитного поля выполняются быстродействующим автоматом гашения поля (АГП).

АГП состоит из дугогасительной решетки, шунтирующего резистора и двух пар контактов. При отключении АГП сначала размыкаются рабочие, а затем дугогасительные контакты. Электрическая дуга, возникающая между дугогасительными контактами, под действием магнитного поля втягивается в дугогасительную решетку, состоящую из набора металлических пластин. Решетка разбивает дугу на ряд коротких дуг, горение которых рассеивает энергию магнитного поля ротора. С уменьшением запаса магнитной энергии дуги гаснут; при этом сопротивление шунтирующего резистора обеспечивает плавное снижение тока в цепи ротора до нуля. Следует знать, что внезапные обрывы цепи тока сопровождаются перенапряжениями в цепи ротора.

Надежное гашение дуги АГП с дугогасительной решеткой обеспечивается в том случае, если ток ХХ компенсатора не менее 200 А. При меньшем значении тока дуга между пластинами АГП горит неустойчиво и возможен обрыв цепи тока.

Тиристорная реверсивная система возбуждения. Тиристоры, соединенные по трехфазной мостиковой схеме, питаются от выпрямительного трансформатора напряжением 11/0,63 кВ и управляются от АРВ. Выпрямленное напряжение подается на обмотку возбуждения ротора через переключатели полярности возбуждения, которые изменяют направление тока в обмотке возбуждения в системе реверсивного регулирования.

Для защиты обмотки ротора от перенапряжений применяются ОПН, собранные из двух групп встречно включенных полупроводниковых элементов. Регулирование возбуждения СК выполняется АРВ, воздействующим на управляющие электроды тиристоров. Питание АРВ и системы сеточного управления тиристорами осуществляется от трансформатора собственных нужд.

Исправность тиристоров контролируется с помощью неоновых ламп, включенных параллельно каждому тиристору. В случае пробоя тиристора его лампа перестает светиться, а остальные лампы на последовательно включенных тиристорах горят ярче.

Измерение токов возбуждения осуществляется следующим образом:

выпрямленного тока возбуждения — с помощью амперметра, включенного на шунт;

тока возбуждения ротора для АРВ — с помощью трансформатора постоянного тока и вспомогательного устройства измерения.

Тиристоры охлаждаются циркулирующей по замкнутому контуру дистиллированной водой, которая в свою очередь охлаждается технической водой в теплообменнике. Дистиллят для охлаждения поступает из бака, уровень воды в котором контролируется специальным реле. Пополнение бака водой обеспечивается автоматически от дистилляторной установки.

Колебания температуры охлаждающей воды на входе в преобразователь допускаются в пределах от 5 до 40 °C.

Нижний предел температуры установлен по условию предотвращения конденсации влаги на охладителях тиристоров и связанного с этим понижения уровня изоляции.

Превышение верхнего предела температуры грозит выходом из строя тиристоров.

Поддержание температуры воды осуществляется автоматически с помощью регулятора температуры (например, РТ-40) или вручную с помощью обходного вентиля.

Управление возбуждением осуществляется следующим образом. При пуске СК напряжение на трансформатор, преобразователь и систему управления тиристорами подается одновременно с включением пускового выключателя. Управляющие импульсы на тиристоры подаются после включения рабочего выключателя, в момент включения которого ток возбуждения равен нулю, что соответствует уставке смещения. Устройство АРВ включается лишь после автоматической подстройки его уставки к напряжению на шинах СК, то есть через несколько секунд после включения рабочего выключателя. Дальнейшее регулирование возбуждения осуществляется оперативным персоналом путем воздействия на уставку АРВ. При неисправности АРВ регулирование возбуждения производится при помощи блока ручного управления.

При нарушении в работе тиристорного возбудителя выпадает соответствующий блинкер на панели управления возбудителем и срабатывает реле сигнализации, контакты которого блокируют пуск СК.

Гашение поля ротора в случае аварийного отключения СК производится АГП с одновременным переводом тиристоров в инверторный режим, то есть в режим преобразования постоянного тока в переменный.

Система бесщеточного возбуждения. Данная система возбуждения с применением реверсивной системы с двумя обмотками на роторе используется для СК мощностью 50-160 МВА, в которой основная обмотка служит для положительного возбуждения, а дополнительная обмотка создает поток.

Для обслуживания таких систем возбуждения действуют специальные инструкции, например, «Инструкция по эксплуатации реверсивных бесщеточных систем возбуждения синхронных компенсаторов КСВБО50-11У1» (РД 34.45.503). Данная инструкция предназначена для эксплуатационного персонала ПС, на которых установлены СК серий КСВБ или КСВБО50-11У1.

Достоинством системы бесщеточного возбуждения является отсутствие в ее конструкции щеточно-контактного узла для подвода тока к обмотке ротора, что значительно повышает надежность системы.

Система бесщеточного возбуждения может быть:

положительной, обеспечивающей регулирование нагрузки СК в емкостном режиме;

реверсивной, служащей для регулирования нагрузки СК в емкостном и индуктивном режимах.

Положительное бесщеточное возбуждение применяется в случае, когда не требуется автоматическое регулирование в режиме индуктивной нагрузки. Однако при малых нагрузках (например, в ночные часы или нерабочие дни) возникает необходимость автоматического регулирования режима работы СК в режиме индуктивной нагрузки. В этом случае применяется система реверсивного регулирования, в состав которой входят бесщеточные возбудители для обеих систем возбуждения (положительной и реверсивной).

Принципиальная схема бесщеточного положительного возбуждения СК мощностью 50 МВА приведена на рис. 3.1.

Возбудитель состоит из трехфазного генератора 10 и вращающегося вместе с ротором выпрямителя 12. Генератор имеет неподвижную обмотку возбуждения возбудителя, прикрепленную к торцевому щиту компенсатора, и вращающийся трехфазный якорь, закрепленный на валу компенсатора. Обмотка якоря соединена с вращающимся выпрямителем 12. Для выпрямления применяются кремниевые диоды типа В2-500-20, которые размещают на стальных кольцах, изолированных друг от друга и от вала. Выпрямитель собирают по мостовой схеме. Выпрямленный ток от вращающегося выпрямителя подается к обмотке ротора 13 через токопровод, расположенный внутри вала ротора. Защитный пусковой резистор 14, сопротивление которого в 15 раз превышает активное сопротивление обмотки возбуждения, подключен параллельно этой обмотке. Он защищает обмотку ротора от перенапряжений при асинхронном пуске и в переходных режимах, а также обеспечивает гашение поля ротора. При бесщеточном возбуждении АГП не применяются.

Для контроля сопротивления изоляции цепи возбуждения установлено токосъемное устройство 15 с электромагнитным приводом. При контроле сопротивления изоляции на вентильное кольцо опускают две щетки и производят измерение напряжения полюса постоянного тока относительно земли.

Возбуждение компенсатора регулируется при помощи АРВ. В шкафах АРВ размещены тиристорный преобразователь, электронная система управления 9, устройства защиты и магнитные усилители. Напряжение возбуждения возбудителя регулируется изменением фазы импульсов, отпирающих тиристоры, относительно анодного напряжения. Фаза управляющих импульсов может изменяться автоматически и вручную. Основной режим регулирования автоматический. В случае неисправности АРВ переходят на ручное управление.

Защита бесщеточного возбуждения от КЗ осуществляется устройством защиты, на вход которого подается напряжение от измерительной катушки 11, расположенной между полюсами магнитной системы обращенного синхронного генератора 10, и от измерительного преобразователя тока тиристорного преобразователя. При повреждении вентилей в измерительной катушке резко возрастает ЭДС и устройство защиты подает команду на отключение возбудителя.

Возбудители охлаждаются водородом по замкнутому циклу через газоохладители.