Budicí soupravy generátorů 300 MVA Jaderné elektrárny Dukovany

• Foto

Nároky na dodávku budicí soupravy (BS) generátoru jaderné elektrárny jsou vysoké. Nejen, že je třeba dodat zařízení moderní, s vysokou provozní spolehlivostí a s co nejnižšími nároky na údržbu a obsluhu, ale je třeba rovněž poskytnout investorovi všestrannou technickou pomoc jak v projekční fázi, tak samozřejmě dlouhodobě i po dodávce. Je navíc obvyklé napomoci investorovi i s trénováním obsluhy dodávkou vhodného simulátoru pro nové zařízení. Turbogenerátory JE Dukovany patří mezi stroje větších výkonů. Jejich statické BS využívají energie ze statoru generátoru tím, že je zhotovena odbočka ze zapouzdřených vodičů na vývodu generátoru a přes budicí transformátor je napájen tyristorový usměrňovač s číslicovým regulátorem. Protože napájecí napětí BS závisí na napětí stroje, mluví se v odborné terminologii o „závislé BS“.

Výhodnost závislé BS
V české odborné veřejnosti byla v polovině devadesátých let minulého století obnovena diskuse o vlastnostech závislé BS, a to v souvislosti s postupným odstraňováním rotačních budičů z budicích obvodů turbogenerátorů větších výkonů. Tehdy se jednalo zpravidla o námitky, které se týkaly odezvy BS na zkrat v síti a s tím související stability generátoru. Byly rekapitulovány výsledky zahraničních i českých studií o příspěvku buzení k dynamické stabilitě, které potvrdily mimo jiné zásadní závěr:

• Při blízkém zkratu rozhoduje o stabilitě pouze doba trvání zkratu a konfigurace sítě. Povolená doba trvání zkratu (CCT) je velmi krátká a nezávisí na druhu budicího systému. Stabilitu zajistí pouze co nejrychlejší odezva zkratové ochrany a co nejkratší vypí­nací doba příslušného vypínače, který zkrat odpojuje.

Uvedený závěr se potvrdil kontrolními výpočty i pro energetický uzel rozvodny Slavětice s elektrárnou Dukovany. Hodnota CCT vycházela dostatečně delší než 100 ms, což je čas, do kterého musí číslicové ochrany ve spojení s rychlým vypínačem poruchové místo odpojit. Stroj po takto rychlém zásahu zůstává v činnosti, je stále nabuzen. Závislá BS je tak napájena z nezávislé­ho zdroje a její úsporné řešení díky odstranění ro­tačního budiče se tak stává výhodou pro součas­nou energetickou síť.

Vybrané aspekty projekčního řešení BS
Koncepčně jde o řešení se stoprocentní re­dundancí regulačních a podpůrných obvodů – viz obr. 1.

Obr. 1 – Zjednodušené schéma budicího systému

Číslicový regulátor buzení je dvoukanálový, s okamžitým záskokem z aktivního na záložní ka­nál a naopak. Kterýkoliv ze dvou samostatných ekvivalentních kanálů může být navolen jako hlavní, druhý jako záložní. Každý kanál obsahuje rovnocenné, na sobě nezávislé napájení, měřicí a řídicí obvody včetně procesorů a programového vybavení. Regulátor je vybaven stabilizátorem PSS (po­dle IEEE 421.5), který účinně napomáhá tlumit kývání rotoru při změnách zatížení generátoru.  Tyristorový usměrňovač je složen ze tří pa­ralelních můstků dimenzovaných podle pravid­la n +1, tzn., že výpadek jednoho můstku ne­znamená omezení provozu generátoru. Budicí transformátor TB je vzduchový s vinutím zalitým v pryskyřici a má výkon 2,16 MVA, tj. necelé 1 % zdánlivého výkonu stroje. Pro najíždění elektric­kých ochran generátoru a při pravidelných revizích budicího systému za klidu soustrojí je BS napájena z transformátoru pro zkoušky, jenž je proveden stej­nou technologií. Přívod transformátoru pro zkoušky je volen ze sítě blokové vlastní spotřeby 6 kV. K ovládání BS z blokové dozorny slouží prů­myslový počítač s dotykovou obrazovkou, který zajišťuje komfortní komunikaci s obsluhou podle nejnáročnějších požadavků moderní doby. Řešení umožňuje dodavateli dálkový monitoring BS přes modem s využitím telefonické linky. Obrázky 2, 3 a 4 zobrazují pohled na budicí transformátor, sestavu rozváděčových skříní, ve kterých je BS umístěna a pohled na obrazovku ovládacího PC, který je umístěn na dozorně.

Obr. 2 – Budicí transformátor

Obr. 3 – Rozváděče budicí soupravy

Obr. 4 – Dotykový panel počítače

Využívání simulačního programu SMTS
Dodavatel invelt-elektro s.r.o. využívá jak při projektování, tak při zkouškách BS simulačního programu SMTS (Synchronous Machine Transient Simulation), a tento účinný simulační prostředek byl výhodně využit i pro stroj JE Dukovany. Program umožňuje provádět snadno a velmi rych­le modelování provozních stavů synchronních strojů, které se využívá pro optimalizaci a ověření nastavení regulátoru buzení a stabilizátoru PSS. SMTS využívá standardního modelu založeného na dvouosé teorii synchronních strojů. Mezi základní přechodné děje patří skoko­vá změna žádané hodnoty jak ve stavu na­prázdno, tak pro přifázovaný stroj, přechod do ostrovního provozu, třífázové zkraty za bloko­vým transformátorem atd. Pro dosažení co nej­přesnějších výsledků je nezbytné poskytnout výpočetnímu programu maximální množství pa­rametrů stroje, blokového transformátoru, sítě a turbíny. Jelikož obvykle nejsou všechny po­třebné parametry pro konkrétní stroj k dispozi­ci, doplňují se chybějící parametry z široké da­tabáze různých typů synchronních strojů, které jsou ve společnosti k dispozici.

Uživatelské prostředí a výstup programu
Díky uživatelsky přátelskému prostředí SMTS není pro zadávání parametrů systému a volbu si­mulace nutná znalost programování. Pro infor­maci uvádíme hlavní prvky modelu – viz obr. 5. SMTS obsahuje vlastní prostředky grafických výstupů, a není proto nutné používat dodatečný grafický software pro zobrazení výsledků simula­ce. V integrovaných oknech grafických výstupů programu SMTS je možné zobrazit 12 křivek na­jednou (čtyři výstupy, z nichž každý zobrazuje 3 křivky), jakožto výsledek jediného běhu simula­ce. Zobrazované hodnoty mohou být zvoleny z kompletního seznamu systémových veličin.

Obr. 5 – Hlavní prvky modelu

SMTS poskytuje uživateli možnost vytisk­nout zprávu, která představuje seznam všech systémových parametrů použitých při simulaci. Tento seznam může být buď přímo vytisknut, ne­bo přenesen do přechodné paměti a vložen do jiné aplikace.

Simulační program v reálném čase SMTS-RT
Když je uvedený model SMTS spojen s reál­ným regulátorem a uveden do režimu funkce v re­álném čase, stává se z něj účinný prostředek pro celou řadu možných aktivit, mimo jiné jako simu­látor pro školení obsluhy. Kromě toho s ním mů­žeme věrohodně předvést zákazníkovi chování BS se strojem – modelem při přejímacích zkou­škách před expedicí vyrobené BS. Na elektrárnu Dukovany byl dodán simulátor s programem SMTS-RT, viz foto č. 6 a ve spojení se stejnými ovládacími prvky, které jsou na dozorně, slouží pro pravidelná školení pracovníků obsluhy a údržby.

Obr. 6 – Simulátor

Závěr
Investor ocenil, že celý realizační proces pro­jektu, dodávky a uvedení do provozu BS pro stro­je JE Dukovany výrazně zkrátilo využití moderní výpočetní techniky, tj, nejen přípravy dokumenta­ce, ale i využití SMTS programu. Projektování a dodávky BS na JE Dukovany přineslo s sebou i konzultování jiných – zpravidla provozních podmínek turbogenerátoru včetně aplikace nového skupinového řízení pro regulaci konstantního napětí v uzlu Slavětice. Pro investo­ra bylo důležité, že dodavatel mu kromě dodávky zařízení s vysokým stupněm kvality splní i dopro­vodnou technickou podporu, kterou pracovníci investora potřebují v návazných činnostech při postupné modernizaci dalších elektrosouborů elektrárny. 

Field systems of generators 300 MVA in the Dukovany nuclear power plant
Each of the eight turbo-generators in the Dukovany nuclear power plant (JE) has been equipped with a new static field system, which was designed and delivered by the firm Invelt-elektro s.r.o. This company has been successfully delivering products for the energy sector for 20 years. This solution uses the Unitrol 5000 modular system (produced by ABB Switzerland). During the design phase of the project, an increase to 300 MVA in the reserves of the generators with an original output of 259 MVA was provided for, and the field systems were designed for this increased output. In this article the author focuses on the description of this field system and its advantages; he deals with selected aspects of the project solution and describes the use of the simulation program SMTS (Synchronous Machine Transient Simulation) during the testing of the new system.

Катушки возбуждения генератора 300 МВА Ядерной Электростанции Дукованы
Каждый из восьми турбогенераторов АЭС Дукованы оборудован новой статической катушкой возбуждения, которая была спроектирована и поставлена фирмой Инвест–Электро. Эта фирма уже 20 лет успешно поставляет оборудование для энергетики. Это решение включает в себя и унифицированный узел Unitrol 5000 (производства АВВ, Швейцария). Уже при проектировании учитывалось использование проектных резервов генераторов первоначальной мощности 259 МВА повышенной на 300 МВА, и катушки возбуждения были на эту мощность рассчитаны. Автор в статье описывает катушки возбуждения, их преимущества, обращает внимание на некоторые аспекты проектного решения системы. В статье рассказывается и об использовании симуляционной программы SMTS (Synchronous Machine Transient Simulation) при испытании катушек возбуждения.

Prezentaci firmy invelt-elektro s.r.o. v časopise All for Power ve formátu PDF najdete ZDE.

Autor

• Ing. Frous Jaroslav CSc.