Sistem eksitasi pada genset 600 MW

Sistem eksitasi pada genset 600 MW

1. Pendahuluan

1.1. Tujuan

UNITROL 5000 adalah regulator eksitasi generasi kelima dari seri UNITROL, yang digunakan dalam sistem eksitasi statis pada generator sinkron (termasuk generator termal berkapasitas 300 dan 600 MW). UNITROL 5000 tidak hanya mengintegrasikan teknologi inti dari dua generasi sebelumnya, yaitu UNITROL F dan UNITROL P, tetapi juga menyerap berbagai hasil penelitian dan teknologi terkini di bidang kontrol digital depan, seperti teknologi pemrosesan sinyal digital DSP. Sistem UNITROL 5000 merupakan penyempurnaan dari platform UNITROL F dan UNITROL P, dengan menambahkan solusi dan metode khusus baru—seperti jembatan aliran energi SCR dinamis, pembagian arus cerdas, start-up cepat dengan tegangan residu rendah, serta fungsi komunikasi yang sangat lengkap—serta beragam sarana debugging, antara lain paket alat pengembangan GAD untuk pemrograman aplikasi berbasis antarmuka Windows dan CMT. Selain itu, teknologi jaringan ARCnet yang sebelumnya digunakan pada UNITROL P juga telah diadopsi ke dalam UNITROL 5000 untuk mendukung komunikasi serial antar komponen dalam sistem eksitasi.

1.2. Makna model

Q5S-O/U251-S6000

Q --- empat saluran: dua saluran otomatis selama dua bulan dan dua saluran manual independen

5------Sistem mikrokomputer UNITROL 5000

S ------ (n-1) redundansi

O ------- tidak ada fungsi tambahan

U2 -------- model konverter (jembatan)

5 -------- jumlah jembatan penyearah SCR

1-------Gelombang penuh tiga fase, 1 tiristor per dinding jembatan

S -------- pemutus sirkuit satu titik DC

6000--------Arus terukur pemutus sirkuit

1.3. Fitur struktural

Sistem eksitasi statis pada generator pembangkit listrik termal berkapasitas 600 MW terdiri atas trafo eksitasi te yang terletak di ujung keluaran UNITROL 5000, jembatan penyearah thyristor VZ, pemutus medan magnet Q ditambah dengan tahanan deeksitasi nonlinier Rm (atau pemutus sisi AC), regulator eksitasi berbasis mikrokomputer AVR, dioda eksitasi VD (yang dapat ditiadakan dengan menggunakan sumber daya AC), serta tahanan pembatas arus R. Apabila digunakan sumber daya AC, jembatan penyearah dan trafo penyearah juga turut disertakan.

Mode eksitasi shunt mandiri dari sistem eksitasi mandiri (termasuk perangkat start eksitasi) ditunjukkan pada Gambar 29-1.

Transformator eksitasi yang terpasang pada ujung generator dipasang secara terpisah di dekat bus bar tertutup pada keluaran generator. Sisi primer transformator tersebut dihubungkan langsung dengan bus bar tertutup, sedangkan sisi sekundernya dihubungkan ke kabinet bus bar AC dalam kabinet eksitasi melalui kabel. Setelah melalui proses penyearahan terkendali, sinyal tersebut kemudian dihubungkan ke eksitasi rotor generator yang berstruktur cincin geser melalui kabinet de-eksitasi atau kabinet bus bar DC, juga menggunakan kabel. Sebuah kabinet sistem eksitasi tipikal mencakup kabinet regulator eksitasi, sakelar AC, beberapa kabinet daya, kabinet de-eksitasi, kabinet bus AC/DC, dan sebagainya. Seluruh kabinet sistem eksitasi ini dipasang pada sebuah dasar setinggi 160 mm (panjang dan lebar dasar tersebut bergantung pada jumlah, panjang, dan lebar dari masing-masing kabinet) dengan susunan tertentu, sehingga sistem eksitasi dapat diintegrasikan serta mudah dioperasikan, diangkut, dan dipasang di pembangkit listrik. Gambaran umum, struktur internal, dan tata letak kabinet UNITROL 5000 ditunjukkan pada Gambar 29-2.

Sistem eksitasi UNITROL 5000 memiliki struktur yang kompak. Unit-unit fungsionalnya sepenuhnya modular dan standar sesuai dengan nilai nominal dan nilai puncak arus medan. Perangkat ini menerapkan langkah-langkah pembagian arus yang cerdas, sehingga koefisien pembagian arus dapat ditingkatkan hingga lebih dari 0,95 tanpa perlu menggunakan metode pembagian arus berbasis kabel berukuran sama yang memerlukan lahan luas dan biaya tinggi. Apabila arus eksitasi nominalnya besar, hal ini berarti jembatan penyearah dapat dihilangkan. Selain itu, posisi kabinet sakelar AC tidak memerlukan perlakuan desain khusus, karena tidak perlu mempertimbangkan pengaruh sambungan dari lilitan sekunder trafo penyearah ke jembatan penyearah terhadap pembagian arus. Oleh karena itu, sisi AC jembatan penyearah dapat menggunakan sambungan bus yang standar, yang mempermudah proses pemasangan. Karena desainnya telah distandarisasi, pengadaan dan manufaktur material menjadi semakin mudah, serta siklus produksi pun semakin singkat.

1.4. prinsip kerja

Pada sistem eksitasi statis (sering disebut eksitasi self shunt atau eksitasi ujung mesin), daya eksitasi diambil dari ujung generator. Arus medan magnet pada generator sinkron disuplai oleh trafo eksitasi te, pemutus medan magnet Q, dan penyearah tiristor VZ51–VZ55. Trafo eksitasi menurunkan tegangan ujung generator hingga mencapai tegangan masukan yang diperlukan oleh sistem eksitasi generator, sekaligus menyediakan isolasi listrik antara ujung generator dan gulungan medan magnet, serta berperan sebagai impedansi penyearah bagi penyearah tiristor. Penyearah tiristor VZ51–VZ55 mengonversi arus bolak-balik menjadi arus searah yang terkontrol. Saya _f .

Ketika eksitasi dimulai, energi medan magnet diperoleh dari tegangan sisa di ujung generator. Selama proses eksitasi, input rectifier thyristor hanya dapat beroperasi secara normal dengan tegangan sekitar 10–20 V. Jika tegangan tersebut kurang dari 10–20 V, UNITROL 5000 akan memaksa rectifier thyristor untuk terus-menerus terpicu (dalam mode operasi dioda) guna mencapai nilai tersebut. Apabila tegangan sisa di ujung generator sangat rendah dan upaya eksitasi awal melalui tegangan sisa gagal dalam beberapa detik, maka catu daya eksitasi akan secara otomatis diaktifkan. Ketika tegangan di ujung mesin mencapai 10% dari tegangan generator, rangkaian daya eksitasi akan secara otomatis dinonaktifkan, dan proses eksitasi lembut akan segera dimulai, dengan peningkatan tegangan hingga mencapai level tegangan yang telah ditentukan. Keseluruhan proses eksitasi dan kontrol urutan dilaksanakan oleh perangkat lunak AVR. Karena rangkaian eksitasi siaga hanya memerlukan arus kecil, eksitasi dapat dilakukan melalui sumber DC (atau AC) tanpa memberikan dampak pada sistem tenaga baterai pembangkit listrik.

Setelah terhubung ke jaringan, sistem eksitasi dapat beroperasi dalam mode AVR untuk menyesuaikan tegangan ujung dan daya reaktif generator, atau dapat beroperasi dalam mode superposisi, seperti regulasi faktor daya konstan, regulasi daya reaktif konstan, dan sebagainya. Selain itu, sistem ini juga dapat menerima instruksi regulasi kelompok dari pembangkit listrik.

Perangkat sistem eksitasi juga dilengkapi dengan fungsi proteksi (seperti proteksi tegangan lebih dan arus lebih) serta berbagai fungsi pembatas (seperti eksitasi berlebih, eksitasi kurang, batas tegangan/Hz, dan PSS).

Ketika diperlukan deeksitasi generator, solusi standar dari sistem eksitasi UNITROL 5000 adalah deeksitasi arus bolak-balik, yang meliputi pemutus medan magnet, jumper thyristor, tahanan deeksitasi, dan rangkaian pemotongan pulsa yang dipasang pada sisi arus bolak-balik dari jembatan penyearah. Jika diperlukan, pemutus medan magnet juga dapat dipasang pada sisi arus searah dari jembatan penyearah. Namun, skema ini umumnya tidak diterapkan karena alasan berikut: pertama, dalam keadaan hubung singkat pada jembatan penyearah, skema ini mampu secara andal memutuskan jembatan penyearah dari sumber daya untuk mencegah perluasan kecelakaan; ② pemutusan dari sisi sumber daya memberikan jaminan yang lebih aman bagi kegiatan pemeliharaan dan perbaikan.

Skema eksitasi AC umumnya digunakan untuk genset dengan arus eksitasi kurang dari 4500 A. Untuk arus eksitasi yang lebih besar, digunakan skema eksitasi DC.

Ketika menerima perintah pemutusan proteksi eksitasi dari proteksi generator atau dari sisi internal, pemutus medan AC akan diputuskan sementara pulsa ditiadakan dan jumper thyristor dipicu untuk menyalakan tahanan de-eksitasi. Karena adanya langkah-langkah penghentian pulsa tersebut, tegangan AC pada sisi sekunder transformator eksitasi akan tergabung dengan tegangan busur pada pemutus medan magnet, sehingga waktu de-eksitasi dapat diperpendek.

Desain tahanan deeksitasi harus mempertimbangkan tegangan busur pada pemutus medan magnet, tegangan maksimum yang diizinkan pada gulungan eksitasi, serta energi deeksitasi maksimum yang mungkin terjadi pada gulungan eksitasi.

Biasanya dalam keadaan mati, inverter de excitation dapat digunakan.

Pada masa lalu, sistem eksitasi tiga unit lebih sering digunakan, namun kini sistem tiga mesin tersebut semakin jarang diterapkan, sehingga tidak dijelaskan di sini. Hubungi pihak produsen jika diperlukan.

1.5. Seri produk

Seri UNITROL 5000 yang umum digunakan adalah sebagai berikut:

1.5.1. Tipe D5E — penyearah saluran tunggal dengan satu kontroler independen. Ini merupakan konfigurasi minimum dari sistem UNITROL 5000. Kontroler utama, yaitu papan kontrol (COB), menyediakan semua fungsi pengaturan dan kontrol (termasuk fungsi pengaturan arus medan). Kontroler manual (EGC) melacak operasi kontroler utama dan secara otomatis menggantikan kontroler utama apabila kontroler utama mengalami kegagalan. Dalam konfigurasi ini, hanya terdapat satu jembatan penyearah thyristor tanpa redundansi.

1.5.2. Tipe D5T — pengontrol saluran tunggal dengan dua penyearah yang sepenuhnya redundan dan sebuah pengontrol manual yang independen. Dalam konfigurasi ini, yang disebut “konfigurasi ganda”, digunakan dua buah penyearah yang sepenuhnya redundan, di mana salah satunya dapat dipilih sebagai penyearah “on-line” dan yang lainnya berada dalam keadaan “standby”. Konfigurasi ini biasanya digunakan untuk sistem dengan arus keluaran terukur kurang dari 2000 A.

1.5.3. Tipe D5S — konfigurasi penyearah n-1, regulator saluran tunggal dengan pengontrol manual yang independen. Pada konfigurasi D5S, semua jembatan penyearah beroperasi secara bersamaan. Jika salah satu jembatan penyearah mengalami kegagalan, jembatan tersebut akan terputus secara otomatis, dan sisa jembatan penyearah lainnya akan menanggung beban secara mulus. Penyearah thyristor dirancang untuk memenuhi persyaratan generator dalam segala kondisi operasi tanpa batasan apapun ketika salah satu jembatan penyearah mengalami kegagalan, yang disebut sebagai konfigurasi n-1.

1.5.4. Tipe A5E --- pengontrol saluran otomatis ganda dengan penyearah tunggal.

1.5.5. Tipe A5T --- pengontrol saluran otomatis ganda dengan dua penyearah.

1.5.6. Tipe A5S --- konfigurasi penyearah n-1, pengontrol saluran ganda otomatis.

4.5.7. Tipe Q5S — konfigurasi penyearah n-1, pengontrol saluran otomatis ganda, dengan masing-masing pengontrol saluran otomatis dilengkapi pengontrol manual yang independen, sehingga setara dengan empat pengontrol saluran. Konfigurasi ini memiliki tingkat redundansi tertinggi. Selain itu, konfigurasi setiap saluran pengaturan juga paling lengkap, mencakup berbagai fungsi seperti pengatur manual yang independen (yaitu arus medan).

Dalam konfigurasi A5E, A5T, dan A5S, digunakan dua buah pengontrol saluran otomatis, dan masing-masing pengontrol dapat beroperasi dalam mode “online” atau “standby”. Selain fungsi regulasi tegangan otomatis, setiap pengontrol juga dilengkapi dengan berbagai fungsi perangkat lunak, seperti PSS, berbagai batasan, proteksi, pemantauan, dan kontrol manual.

2. Parameter teknis utama

Parameter teknis utama dari perangkat eksitasi UNITROL 5000 adalah sebagai berikut:

2.1. Perangkat ini dapat memenuhi persyaratan operasi berkelanjutan jangka panjang asalkan tegangan dan arus eksitasi generator tidak melebihi 1,1 kali nilai terukurnya.

2.2. Tegangan eksitasi paksa perangkat adalah 2 kali tegangan eksitasi terukur atau lebih tinggi sesuai dengan persyaratan yang diajukan oleh pengguna; kelipatan arus eksitasi paksa sama dengan 2 kali arus eksitasi terukur; dan waktu eksitasi paksa tidak kurang dari 10 detik.

2.3. Waktu respons tegangan tidak lebih dari 0,1 detik.

2.4. Perangkat ini dapat menurunkan tingkat kesalahan statis tegangan generator menjadi kurang dari ± 1%.

2.5. Perangkat ini menggunakan perbedaan daya reaktif untuk menyesuaikan tegangan generator. Rentang laju penyesuaian adalah ± 15%. Laju penyesuaian dibagi secara merata sepanjang seluruh proses.

2.6. Ketika perangkat berada dalam kondisi tanpa beban pada generator, langkah penyesuaian adalah 5% dari tegangan terukur generator; overshoot tidak melebihi 30% dari langkah tersebut; jumlah osilasi tidak lebih dari 3 kali; waktu naik tidak lebih dari 0,6 detik; dan waktu penyesuaian tidak lebih dari 5 detik. Ketika perangkat beroperasi pada beban terukur generator, langkah penyesuaian adalah 2% hingga 4% dari tegangan terukur generator; jumlah fluktuasi daya aktif tidak lebih dari 5 kali; rasio redaman lebih besar dari 0,1; dan waktu penyesuaian tidak lebih dari 10 detik.

2.7. Perangkat dalam sistem kontrol eksitasi dapat memenuhi persyaratan margin penguatan karakteristik frekuensi loop terbuka (GM ≥ 6 dB), serta margin sudut fase φ m ≥ 40°.

2.8. Ketika generator dinyalakan dari keadaan mati, perangkat harus memastikan bahwa tegangan maksimum generator tidak melebihi 110% dari nilai terukur, jumlah osilasi tidak boleh lebih dari 3 kali, dan waktu penyesuaian tidak boleh melebihi 10 detik.

2.9. Ketika generator beroperasi tanpa beban, perangkat ini mampu menjaga perubahan tegangan generator agar tidak melebihi ± 0,25% dari nilai terukur untuk setiap perubahan frekuensi sebesar ± 1% dari nilai terukur.

2.10. Koefisien pembagian arus dari penyearah daya saat ini tidak boleh kurang dari 0,95.

3. Penampilan peralatan dan dimensi struktur

Karena unit pembangkit berkapasitas 600 MW diproduksi oleh berbagai pabrikan, parameter eksitasi yang digunakan pun berbeda-beda, sehingga terdapat beberapa spesifikasi. Pada kesempatan ini, hanya satu spesifikasi yang akan ditampilkan: lihat Gambar 29-3 untuk dimensi keseluruhan, dimensi pondasi, dan persyaratan pemasangan Q5S-O/U251-S6000.

4. Metode seleksi

Model dapat dipilih sesuai dengan makna model tersebut. Namun, karena parameter generator yang dihasilkan oleh berbagai produsen mesin utama berbeda-beda, pengguna umumnya diwajibkan untuk menyediakan parameter-parameter generator berikut beserta persyaratan terhadap perangkat, dan pihak produsen wajib menentukan jenisnya setelah melakukan perhitungan.

Parameter generator yang disediakan oleh pengguna adalah sebagai berikut:

4.1. Kapasitas terukur generator S N (PVA) daya terukur generator P N (MW)

4.2. Tegangan terukur stator generator U N (kV) / arus terukur stator generator I N (KA).

4.3. Tegangan eksitasi terukur dari rotor generator U fN (V) / arus eksitasi terukur dari rotor generator I fN (A)

4.4. Persyaratan khusus pengguna.

5. Lingkup pasokan dan instruksi pemesanan

5.1. Lingkup pasokan

5.1.1. Lihat tabel 29-1 untuk daftar persediaan.

Daftar pasokan Tabel 29-1 (lihat formulir Excel terpisah)

5.1.2. Lihat tabel 29-2 untuk suku cadang

Tabel 29-2 untuk suku cadang, lihat Tabel 29-2. (lihat tabel Excel terpisah)

5.1.3. Lihat tabel 29-3 untuk alat khusus

Tabel 29-3 alat khusus (lihat tabel Excel terpisah)

5.2. Persyaratan pemesanan

Pengguna dapat secara kasar menentukan makna model perangkat sesuai dengan kebutuhan pembangkit listrik dan unit. Pesanan akhir harus menyampaikan parameter genset kepada pabrikan berdasarkan metode pemilihan tipe. Setelah dilakukan perhitungan, spesifikasi produk dapat ditetapkan.