У нашей страны самые богатые гидроэнергетические ресурсы в мире. Но источники водной энергии зачастую далеки от мест ее потребления

Рис. С. Каплана

Конечно, теперь все гидроагрегаты проектируются с учетом применения новых регуляторов напряжения, впервые в мире разработанных в Советском Союзе.

     Произошло изменение режима генератора (рис 1). Если регулятор реагирует только на величину отклонения напряжения генератора от заданной, то на выходе регулятора будет сигнал, показанный на рис. 2. Если в закон регулирования ввести сигнал (см рис. 3). пропорциональный скорости изменения напряжения (U *), то суммарный сигнал будет таким, как это показано на рис. 4. Как только начинает изменяться напряжение генератора, регулятор выдает сигнал, пропорциональный скорости изменения напряжения генератора от заданной, то на выходе регулятора данной величины. При регулировке по отклонению напряжения и скорости его изменения (рис. 5, кривая о) оно поддерживается с большей точностью, чем в случае регулирования только по отклонению напряжения (кривая б)"

Это принципиальная схема регулятора возоуждения. Напряжение и ток линии выпрямляются при помощи выпрямителей В. Напряжение постоянного тока, пропорциональное напряжению линии, сравнивается с постоянным напряжением от источника эталонного напряжения - "этал". Разность, пропорциональная отклонению иапряжения на шинах станции от заданной величины, складывается с остальными сигналами, пропорциональными первой (1') и второй (1") производным тока и напряжения (U') по времени. Эти производные получаются при помощи схем, аналогичных применяемым в счетно решающих устройствах, но более простых. Сигналы складываются и усиливаются в силовом блоке, который, воздействуя на схему управления ртутного выпрямителя, определяет ток возбуждения, а следовательно, и напряжения генератора.

Регулятор сильного действия - чувствительный, быстро реагирующий на небольшие изменения напряжения генератора прибор (выходной сигнал его в нормальном режиме показан на нижней кривой, а обычного регулятора - на верхней)

"Присудить Ленинские премии 1961 года за наиболее выдающиеся работы в области техники:

     … 4. ГЕРЦЕНБЕРГУ Григорию Рафаиловичу, кандидату технических наук, начальнику лаборатории Всесоюзного электротехнического института имени В. И. Ленина,- за разработку и внедрение автоматических регуляторов возбуждения сильного действия для мощных гидрогенераторов и синхронных компенсаторов".

     У нашей страны самые богатые гидроэнергетические ресурсы в мире. Но источники водной энергии зачастую далеки от мест ее потребления. Для передачи энергии на большие расстояния строят высоковольтные линии. От Волжской ГЭС имени В. И. Ленина и Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС энергия вливается, например, в Московскую энергосистему, пробежав 900 и 1000 км. На огромные расстояния придется передавать электроэнергию после создания Единой энергосистемы СССР.

     Дальние линии электропередач стоят сотни миллионов рублей,- и увеличение их пропускной способности дает значительный экономический эффект.

     Беспредельному повышению передаваемой мощности мешает не нагрев проводов и не потери в линии, а то, что нарушается устойчивая параллельная работа синхронных генераторов, расположенных в ее концах.

     Частота переменного тока, принятая в СССР,- 50 герц. 50 раз в секунду ток и напряжение возрастают от нуля до максимума, падают до минимума и снова начинают расти. И у всех генераторов эти величины меняются строго одновременно, синхронно, если только передаваемая мощность не превышает определенного предела. Как только предел превышен, мгновенно нарушается согласованность в работе генераторов, они выпадают из синхронизма и отключаются от сети. В то время, как потребители остались почти без электроэнергии, мощные гидротурбины вращаются вхолостую. Подобные аварии обходятся дорого. Например, отключение только на одну минуту электропередачи Волжская ГЭС имени В. И. Ленина - Москва приносит тысячи рублей убытка.

     Предел передаваемой по линии мощности, как это доказывается теоретически, примерно пропорционален квадрату напряжения. Именно поэтому-то электрики и стремятся его все время повысить. Сейчас ведутся исследовательские работы по поднятию напряжения до 700-800 тыс. вольт. Однако подобный путь слишком дорог и технически весьма труден.

     Гораздо проще, казалось бы, не давать напряжению произвольно меняться на шинах станции при колебаниях нагрузки или при коротких замыканиях на линии. Но для этого, конечно, необходимы особо быстродействующие регуляторы напряжения, которые успевали бы его восстанавливать раньше, чем оно заметно отклонилось от нормы. В этом-то все дело. Со старыми регуляторами этого не удавалось достигнуть они слишком грубы и срабатывают лишь после того, как напряжение уже изменилось. Нужны регуляторы, которые бы заранее предвидели развитие событий.

     Теория автоматического регулирования подсказывает, как этого добиться. Представьте себе, что напряжение начало отклоняться от нормы. Но ведь отклонение идет с определенной скоростью, и она позволяет заранее, не дожидаясь, пока отклонение накопится, предвидеть его величину. Такая регулировка по скорости называется регулировкой по первой производной, ибо производная в математике и есть скорость изменения любой функции. Если же регулятор начнет реагировать на скорость изменения самой скорости, то есть на ускорение - вторую производную,-то метод регулирования станет еще чувствительнее (см. рис. на стр. 16). Более того, такой регулятор тем сильнее реагирует на изменение напряжения, чем большими отклонениями оно угрожает.

     Теорию сильного регулирования применительно к энергосистемам, разрабатывавшуюся академиком С. А. Лебедевым и доктором технических наук М. М. Ботвинником, развивали в дальнейшем сотрудники Всесоюзного электротехнического института имени В. И. Ленина и Московского энергетического института.

     Поскольку напряжение генератора непосредственно зависит от его возбуждения, новые регуляторы должны, понятно, сочетаться с быстродействующей системой возбуждения, позволяющей использовать их возможности полностью. Наиболее подходящую - ионную систему возбуждения с ртутным выпрямителем - разработали сотрудники Всесоюзного института электромеханики под руководством Е. Л. Эттингера.

     Чтобы внедрить новые регуляторы в промышленность, понадобилась долголетняя работа многих коллективов исследователей и эксплуатационников, сотрудников научно-исследовательских институтов, работников гидроэлектростанций и энергосистем. Сейчас эти регуляторы уже работают на волжских гигантах гидроэнергетики. Появилась возможность передать дополнительно во время паводков на много миллионов рублей дешевой электроэнергии. Ведь именно при паводках выработка энергии ограничивается пропускной способностью линии электропередачи. Ясно, что по мере роста производства электроэнергии в стране эта экономия будет увеличиваться.

     Сейчас регуляторы напряжения устанавливаются на Братской ГЭС и разрабатываются для Красноярской и Саратовской гидростанций, а также для мощных турбогенераторов на 200 и 300 тыс. киловатт.

     Как показали испытания, регуляторы напряжения повышают пропускную способность высоковольтных линий более чем на одну десятую. В то же время стоимость аппаратуры регулирования в сотни и тысячи раз меньше затрат на осуществление других мероприятий, которые служат этой же цели. К примеру, гидрогенераторы для Волжских ГЭС, изготовленные еще без учета эффекта, который дают новые регуляторы, получились очень тяжелыми, так как для обеспечения устойчивой работы пришлось сделать роторы гораздо массивнее, чем обычно. Излишняя трата материалов, увеличение транспортных и строительных расходов обошлись примерно в 10 млн. рублей.

№11, 1961