ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (СУВ) СИНХРОННЫХ МАШИН (СМ)

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены перспективы производства цифровых СУВ СМ. Представлены результаты анализа характеристик и оценка СУВ, выпущенных разными производителями. Предложен алгоритм организации производства СУВ.

Ключевые слова: система управления возбуждением (СУВ), синхронная машина (СМ), турбогенератор (ТГ), производство,

Введение

До конца 90-х годов для управления током возбуждения синхронных машин использовались системы возбуждения, построенные на аналоговой элементной базе (в дальнейшем аналоговые системы управления возбуждением).

Аналоговые системы возбуждения обладали рядом существенных недостатков, с которыми постоянно сталкивались энергетики. К этим недостаткам следует отнести:

- низкую точность и нестабильность реализуемых функций и законов управления;

- низкую аппаратную надежность;

- исключительную сложность настройки регуляторов;

- невозможность реализации сложных эффективных законов управления и защиты;

- сложность обнаружения повреждений регуляторов;

- невозможность включения аналоговых регуляторов возбуждения в системы АСУ.

Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью использования современной цифровой элементной базы, которая исключает недостатки аналоговых систем возбуждения, т.е. обеспечивает высокоточную измерительную систему, эффективное, стабильное регулирование, неограниченную реализацию сложных законов управления, допускает одновременное, оптимальное управление несколькими параметрами. Надежность современной цифровой элементной базы крайне высока. Безотказная работа большинства компонентов составляет более 50 тыс. часов. Высокая стабильность параметров цифровых систем обеспечивает работу без настройки в течение всего срока эксплуатации. Наличие развитой диагностики и самодиагностики, а также резервирования позволяют перейти от планово- предупредительных ремонтов к ремонту по факту повреждения. Ремонт осуществляется путем модульной замены поврежденных элементов. В России с 2002 года темпы развития цифровых систем управления возбуждением обусловили появление и усиленное продвижение на российском рынке СУВ производства ABB (Швейцария). Это связано с тем, что основная масса разработок российских СУВ приходится на 2002 год.

Перспективы производства цифровых СУВ СМ

1. Главные отличительные особенности цифровых систем возбуждения – это использование микропроцессорной техники, позволяющей улучшить технические характеристики систем возбуждения и реализовать новые функции – контроль и диагностику оборудования, связь с системами управления верхнего уровня (АСУТП).
2. Системы возбуждения выпускаются в различных исполнениях по степени резервирования их функций. Наиболее простой (а значит и более дешевый) вариант – одноканальная система возбуждения (канал состоит из преобразователя и его системы управления). Наиболее сложная система имеет стопроцентный резерв по силовому оборудованию и системе управления.
3. Цифровая техника и унификация конструктивных решений позволяет наиболее полно удовлетворить требованиям Заказчика, предлагая ему, по существу, системы индивидуального исполнения с набором разных функций управления, регулирования, защиты и с разной степенью резервирования оборудования.
4. Принятая концепция конструирования с использованием унифицированных модулей и блоков позволит осуществить любое исполнение преобразовательной установки, удовлетворяющее требованиям Заказчика.
5. Все оборудование размещается в шкафах Евростандарта. Тройная обработка поверхности шкафов – фосфатирование, электрофорезная грунтовка и текстурная окраска напылением – обеспечивают наилучшую антикоррозийную защиту, делают покрытие прочным и долговечным.
6. Основные преимущества выпускаемого оборудования:

• максимальная безопасность обслуживающего персонала и оборудования, обеспеченная комплексом специальных конструктивных мероприятий;
• удобство обслуживания преобразовательной установки, достигаемое сочетанием блочно-модульной конструкции, которая в свою очередь обеспечивает удобный доступ к любому элементу установки, с рациональным расположением органов управления, сигнализации, приборов и т.п.;
• большинство стандартных работ, связанных с заменой элементов блока (тиристора, предохранителя), не потребуют его существенной разборки и будут выполняться за минимально короткое время;
• набор необходимых защит и блокировок от некорректных действий персонала;
• преобразовательная установка в полном составе проходит заводские испытания и настройку;
• каждая секция (шкаф) является отдельным транспортным узлом, что значительно упрощает монтаж системы возбуждения.  Все элементы монтажа входят в комплект поставки и проходят проверку при испытаниях перед отгрузкой;
• использование унифицированных секций (шкафов) позволяет по желанию Заказчика получать различные исполнения оборудования:
• одностороннее или двухсторонне обслуживание;
• различные сочетания подвода шин;
• возможность установки воздушных фильтров, внутреннего освещения, противоконденсатного оборудования;
• различные климатические исполнения;
• улучшенный дизайн преобразовательной установки с учетом европейского стандарта эргономических характеристик, светло-серый цвет окраски, создающий контрастную видимость приборов и сигнализации, простота компоновки – все это приведет к тому, что щит возбуждения будет иметь стилистически законченный вид.

Результаты анализа характеристик и оценка СУВ

По обобщенным данным видно, что есть реальные перспективы для развития аппаратного производства СУВ, как с целью модернизации уже существующего устаревшего парка оборудования, существующего на рынке, так и для новых, перспективных проектов, и цены на производимые изделия являются конкурентоспособными. Но на сегодняшний день в производствах цифровых СУВ идет очень сильное отставание, связанное с отсутствием современных регуляторов возбуждения собственных разработок. Для производимых СУВ используются регуляторы зарубежных производителей, от которых зависит стоимость выпускаемого оборудования, сроки поставки или вообще отсутствие поставки (исходя из сегодняшних экономических условий сотрудничества с зарубежными производителями). Исходя из всего вышеперечисленного, необходимо разрабатывать перечисленные системы на новой цифровой элементной базе, с новыми высокопроизводительными 32-разрядными микропроцессорами, с применением IGBT – технологии, отечественных производителей. Такой подход повысит качество и надежность выпускаемых систем. Подобная работа уже велась и ведется в настоящее время, такие СУВ уже имеют адаптацию под новую элементную базу и сконфигурированы таким образом, чтобы минимизировать затраты при изготовлении и трудоемкость. СУВ по своим функциональным возможностям перекрывают всю номенклатуру для бесщеточных систем и возбудителей, имеют встроенный регулятор возбуждения, конфигурируемый под требования заказчиков, и не зависят от сроков поставок зарубежными поставщиками элементной базы и от экономических санкций.

Процесс освоения и постановки на производство СУВ с цифровым управлением возбуждения для турбогенераторов и синхронных электродвигателей можно считать свершившимся фактом. Наличие специалистов по сборке и производственной базы для производства СУВ обеспечивает возможность выполнения планов продаж на основе собственной комплектации.

 Учитывая перечисленное и для поддержания отечественных аппаратных производств, импортозамещения, необходимо считать приоритетом:

- минимизацию продвижения на рынке в комплекте поставки с турбогенераторами СУВ зарубежных производителей.

- комплектовать СМ с бесщеточным возбуждением, СУВ в основе которых лежит регулятор, независимый от интересов производителя (или страны-производителя) и только собственного изготовления.

Организация производства СУВ

Рассмотрим этапы организации производства СУВ:

1. Организация сборочно-монтажного участка и частично – испытательной базы.   Сборка корпусов шкафов систем управления, их наладка и испытания.  Унифицированные модули и блоки системы управления будут изготавливаться внешним подрядчиком.

2. Организация производства электронных блоков и модулей при помощи поверхностного и навесного монтажа.

3. Организация научно-технической и конструкторской базы предприятия, формирование научных и конструкторских подразделений предприятия.

Для эффективной организации производства СУВ необходимо:

1. Назначить руководителя программы (проекта) по освоению систем с функцией централизованного контроля разработок, материального обеспечения, постановки на производство всех типов систем управления.
2. Сформировать разделительную ведомость либо личные планы разработчиков по разграничению зон ответственности за разработку СУВ.
3. Сформировать сервисную службу для удовлетворения потребностей клиента (Заказчика) в предоставлении сервисных и гарантийных услуг, оперативного решения вопросов по обслуживанию и ремонту поставляемого оборудования.
4. Включить в комплект поставки по контрактам, находящимся на данном этапе в стадии согласования с Заказчиком, СУВ собственной разработки.
5. Провести пересогласование по уже заключенным контрактам заложенных в документацию шкафов управления возбуждением на СУВ.
6. Со стороны предприятия предоставить всю необходимую инженерно- техническую поддержку при проведении данных мероприятий.

Набор производственного персонала необходимо осуществлять по мере реализации этапов организации производства и вывода предприятия на номинальную производственную мощность.

Формирование штата научно-конструкторских работников – по мере создания организационно-технических возможностей для организации научно-технической и конструкторской деятельности на предприятии.  Но, прежде всего, на первом этапе необходимо сформировать штат специалистов, ответственных за организацию и проведение испытаний и тестирования продукции предприятия.

Таким образом, производство СУВ является  наукоемким производством, требующим соответствующей квалификации персонала, не только научно- конструкторского, но и производственного, и максимально ответственного отношения к вопросам качества изготовления продукции.Вв настоящее время проблемными вопросами являются укомплектование инструментом и комплектующими для сборки шкафов, оборудование изготавливается под реальные сроки, и по этим причинам существуют реальные срывы производственной программы. Несмотря на это, производство СУВ является экономически выгодным и перспективным технологическим направлением в электроэнергетике.

Список литературы:

1. ГОСТ 21558-2018. Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов: [сайт]. М.: Стандартинформ. 2019. – URL https://docs.cntd.ru/document/1200162331 (Дата обращения: 22.05.2023).
2. Степанов В.М., Карпунин Д.А. Цифровые системы возбуждения синхронных генераторов, работающих в составе единой энергосистемы // Энергетика будущего - цифровая трансформация. – 2021. – С. 176-181.
3. Корнилов Г.П., Газизова О.В., Логинов Б.М., Храмшин Р.Р., Соколов А.П., Морщакин А.Э. Исследование системы регулирования возбуждения синхронных генераторов заводских электростанций  // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2023. – С. 72-79.
4. Бударина И.В., Трошина О.С. Обзор систем регулирования возбуждения синхронного генератора // Сборник научно-исследовательских работ. – 2014. – Том 1. – С. 61-74.