Qo‘zg‘atish tokini monitoringgi asosida sinxron generatorlarni energiya samaradorligini oshirish usullarining tahlili

Kirish. Hozirgi kunda sanoat, konchilik, qishloq xo‘jaligi hamda boshqa turli sohalardagi katta va kichik quvvatli elektr energiya iste’molchilari umumiy bir tarmoq sifatida keng ko‘lamda joriy qilingan. Katta va kichik quvvatli elektr energiya iste’molchilarini elektr energiya bilan ta’minlashda sinxron mashinalar alohida o‘rin egallaydi. Mamlakatimizdagi elektr stansiyalari tomonidan ishlab chiqarilayotgan elektr energiyasining 89.2 % i issiqlik elektr stansiyalariga to‘g‘ri kelmoqda (1-rasm). Shunday ekan, issiqlik elektr stansiyalarida joylashgan sinxron generatorlar elektr stansiyasining asosiy negizi hisoblanadi. Bu esa elektr stansiyalarning samaradorligi bevosita sinxron turbogeneratorlarning optimal ishlashiga bog‘liq bo‘ladi. Turbogeneratorlar boshqa generatorlarga qaraganda bir qator afzalliklarga ega, jumladan, tuzilishi oddiy, ishda ishonchli, iqtisodiy jihatdan tannarxi arzon hamda oson boshqariladi. 1-rasm. Ishlab chiqariladigan elektr energiyasini elektr stansiyalaridagi ulushi Katta va kichik quvvatli elektr energiya iste’molchilarini elektr energiya bilan ta’minlab beruvchi sinxron turbogeneratorlar ishlash bosqichida vaqt o‘tishi bilan atrof-muhitning salbiy ta’siri tufayli detallar yemiriladi, sinxron turbogenerator qismlarining tabiiy eskirishi natijasida tarmoqqa beriladigan elektr energiyaning sifat ko‘rsatkichlari o‘zgaradi. Shu sababli sinxron turbogeneratorlarning ish jarayonlarida ularning elektr va mexanik parametrlari hamda qo‘zg‘atish tizimi bilan bog‘liq bir qator nosozliklar vujudga keladi, jumladan, generatorlar podshipniklarining vaqt o‘tishi bilan yemirilishi, stator hamda rotor chulg‘amlarida fazalararo qisqa tutashuvlar, tarmoqda bo‘ladigan o‘tkinchi jarayonlar, qo‘zg‘atish tizimida vujudga keladigan nosozliklar, boshqaruv panelida sodir bo‘ladigan avariyalardir [1,2,3]. Yechiladigan muammo va masalaning qo‘yilishi. Sinxron generatorlarning nosoz holatga kelishining yillik ko‘rsatkichi bugungi kunda 24.3% ni tashkil qiladi. Sinxron generatorlarining ishlamay qolishi elektr stansiyasi texnologik jarayonlarining buzulishiga, elektr energiyani ishlab “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №2/2025 128 Машинасозлик ва энергетика chiqarish vaqtlarining kamayishiga, rejadan tashqari ta’minlash va texnologik muammolar bilan bog‘liq xarajatlarni oshirishga olib keladi. Bulardan tashqari, sinxron generatorlarni qayta ta’mirlash ko‘p vaqt va katta iqtisodiy xarajat talab qiladi. Yuqorida aytib o‘tilgan sinxron generatorlarning elektrostatik, mexanik va qo‘zg‘atish tizimi bilan bog‘liq energiya hamda resurs tejash muammolari ayni vaqtda ishlab turgan “Navoiy issiqlik elektr stansiyasi”da joylashgan 3-4 energobloklaridagi ayon qutbli sinxron turbogeneratorlari uchun dolzarb muammolardan biri hisoblanadi [4,5]. Ushbu dolzarb muammolarni hal qilish uchun sinxron generatorlarni qo‘zg‘atish tizimi orqali beriladigan qo‘zg‘atish tokini doimiy ravishda monitoring qilish maqsadga muvofiqdir. Sinxron generatorlarning qo‘zg‘atish tokini doimiy ravishda diagnostik tahlil va nazorat qilishdan maqsad generator ishlash jarayonida kelib chiqadigan nuqsonlarni erta aniqlash, ularning rejadan oldin ta’mirga kelishining oldini olish, elektr energiyasini ishlab chiqarish jarayonida elektr energiyasining sifatiga ta’sirining oldini olish, tarmoq bilan parallel qo‘shishda vujudga keladigan muammolarning oldini olish hamda generatorning ishlash jarayonida elektr, mexanik va generatorning issiqlik ko‘rsatkichlarini belgilangan chegarada saqlash, generatorga sarflanadigan resurslarni tejash va ularda to‘liq belgilangan vaqtda foydalanishni bashorat qilishdan iborat. Bugungi kunda sinxron generatorlar qo‘zg‘atish tizimining texnik holatini diagnostika qilish va ularni amaliyotga keng joriy qilish davom etib kelmoqda. Olimlarning olib borgan tadqiqotlari natijalari shuni ko‘rsatadiki, diagnostika vositalarini joriy etishda elektr energiyani ishlab chiqarish uskunalaridan foydalanish iqtisodiy samaradorlikni oshirishning eng muhim omillaridan biridir. Hozirgi vaqtda sinxron generatorlarning texnik holatini diagnostika qilishning quyidagi usullari ma’lum: ➢ generatorning alohida elementlari tebranishlarining nazorati va tahlili asosida; ➢ generatorning ichki qismidan hosil qiladigan akustik tebnishlarni tahlil qilish asosida; ➢ generatorning alohida elementlarining haroratini o‘lchash va tahlil qilish asosida; ➢ generatorning mexanik qismlari (xususan, turbina tomon hamda podshipniklar) diagnostikasi asosida undagi moy tarkibining tahlili asosida; ➢ generatorning elektr parametrlarini tahlil qilish asosida; ➢ generatorning izolyatsiya holatini diagnostikasi qilish asosida. Ushbu usullarning asosiy ishlash prinsipi shundan iboratki, sinxron turbogeneratorlarning elektr hamda mexanik qismlari bilan bog‘liq har qanday buzulishlar generatorning ish rejimlari, hosil bo‘ladigan quvvatning o‘zgarishlari, stator va rotorning qizishi, chulg‘amlarining orasidagi kichik qisqa tutashuvlar va ular orasidagi masofaning o‘zgarishiga olib keladi. Yuqorida keltirilgan usullarning barchasi generatorning ish rejimlarini yaxshilashga hamda energiya samaradorligiga qaratilgan bo‘lib, biroq ushbu usullarda generatorning qo‘zg‘atish tizimiga etibor qaratilmagan [6]. Eksperiment va olingan natijalarning tahlili. Sinxron generatorlarni qo‘zg‘atish tizimi generatorning asosiy konstruktiv qismidir, uning barqaror va ishonchli ishlashi nafaqat generatorning, balki butun elektr energiya tizimining xavfsiz hamda uzliksiz ishlashini ta’minlaydi (2-rasm). Turli qo‘zg‘atish tizimlarining, ularning ish xususiyatlarining, shuningdek, kamchiliklari va afzalliklari mavjud. Sinxron generatorlarning qo‘zg‘atish tizimi generatorning rotor chulg‘amlarida beriladigan o‘zgarmas tok orqali hosil qilish, shuningdek, elektr energiya tizimining normal ish rejimlarida, qisqa tutashuvlar va nonormal rejimlarda qo‘zg‘atish tokini doimiy ravishda kuzatish va boshqarish uchun mo‘ljallangan [7]. Bugungi kunda keng ko‘lamda sinxron generatorning o‘z-o‘zini qo‘zg‘atish tizimi qo‘llaniladi (3-rasm). “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №2/2025 129 Машиностроение и энергетика Cheklash va himoyalash bloki O‘lchash elementlari Kirish qiymatlari Generator Qo‘zg‘atish tizimi Nazorat qurilmasi Elektr ta’minoti tizimi Tizimning barqarorligini ta’minlovchi tizim 2-rasm. Sinxron generator qo‘zg‘atish tizimining funksional sxemasi A Uch fazali tashqi elektr tarmog‘i B C KTT KT AZQ (avtomatik zahira qo‘zg‘atuvchisi) KO‘ + - U V W QBKR G QCH Magnit maydonini kuchaytirgich T 3-rasm. Sinxron turbogenerator o‘z-o‘zini qo‘zg‘atish tizimnining bir chiziqli sxemasi Sinxron turbogenerator o‘z-o‘zini qo‘zg‘atish tizimida quyidagi elementlardan tashkil topgan: G – generator; T – turbina; QCH – qo‘zg‘atish chulg‘ami; KTT – “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №2/2025 130 Машинасозлик ва энергетика kombinatsiyalashtirilgan tok transformatori; KT – kuch transformatori; KO‘ – kuch o‘zgartirgichi (diodli ventellar); QBKR – qo‘lda boshqariladigan kuchlanish rostlagichi; AZQ – avtomatik zaxira qo‘zg‘atkichi; magnit maydonini kuchaytiruvchi qurilma hamda tashqi elektr ta’minotidan iboratdir. Sinxron turbogeneratorlarni o‘z-o‘zini qo‘zg‘atish tizimida qo‘llaniladigan avtomatik zaxira qo‘zg‘atkichi qurilmasi yordamida qo‘zg‘atkich kuchlanishi va chastotaning og‘ishi kabi buzilishlarning oldini olish imkoniyati yaratilgan. Bunday rostlagichlar, asosan, katta quvvatli sinxron turbogeneratorlarga joriy qilingan [8,9]. Olingan natijalarning qo‘llanilish sohalari. Qo‘zg‘atish tizimi generatorning quyidagi ish rejimlari bilan ishlaydi: ▪ Ishga tushirishning dastlabki bosqichida qo‘zg‘atish; ▪ Generatorning elektr tormozi; ▪ Generatorlarga yaqin elektr tarmog‘ida qisqa tutashuvlar vujudga kelganda rotor tokining bir necha marta oshishi; ▪ Berilgan nominal quvvatda va qisqa vaqtda ortiqcha yuklama bilan ishlashi; ▪ Turli usullar orqali umumiy energiya tizimiga o‘z-o‘zini sinxronlash; ▪ Avariya holati vujudga kelganda qo‘zg‘atish tokini yo‘qotish va reaktiv quvvatni tushirish mavjud; ▪ Operatsion o‘chirishlar va avariya holatlarida generatordagi elektr maydonining avtomatik o‘chirish; ▪ Generatorlarning salt ishlashi. Qo‘zg‘atish tizimi quyidagilar bilan tavsiflanadi, bular, qo‘zg‘atish chulg‘ami chiqish klemalaridagi nominal qo‘zg‘atish kuchlanishi 𝑈𝑛𝑜𝑚; generator rotorining elektr zanjiridagi nominal tok 𝐼𝑓𝑛𝑜𝑚, ushbu qiymatlarda sodir bo‘ladigan o‘zgarishlar sinxron generatorning normal ishlashining buzilishiga olib keladi. Qo‘zg‘atish tizimining nominal quvvati 𝑃𝑓,𝑛𝑜𝑚= 𝑈𝑛𝑜𝑚∙ 𝐼𝑓𝑛𝑜𝑚 bo‘lib, generator nominal quvvatining 0.2-0.6 % ini tashkil etadi; tashqi energosistemasida qisqa tutashuv bo‘lganda ko‘chaytirilgan teskor rejim bilan; yagona energo sistemaning nonormal ish rejimlarida qo‘zg‘atish toki va kuchlanishini teskor rostlash bilan; shuningdek, butun elektr energiya ishlab chiqaruvchi elektr mashinalarida vujudga keladigan avariyalarda generatorni tezkorlik bilan o‘chirish tezligi bilan ajralib turadi [10]. Katta quvvatli elektr energiyani ishlab chiqaruvchi sinxron turbogeneratorlarni yuqori chastotali qo‘zg‘atish tizimlari ham mavjud bo‘lib, bunda turbina hamda generatorning umumiy valiga mahkamlangan yuqori chastotali maxsus generator (500 Gers) dan foydalaniladi. Ishlab chiqarilayotgan yuqori chastotali o‘zgaruvchan tokni to‘g‘rilash uchun diodli to‘grilagich ishlatiladi. Ushbu tizim sekin ishlaydi, ammo o‘zgarmas tok elektr mashinalari tizimlariga nisbatan ishlashi yuqori hisoblanadi (4-rasm). Ular asosan TVB-200A seriyali turbogeneratorlarda keng qo‘llaniladi. KT QRR TT FV KM1 VD1 LE1 LE2 LE3 QCH GEA G GE R KM2 VD3 VD2 A1 AMS A2 4-rasm. Yuqori chastotali qo‘zg‘atish tizimining bir chiziqli elektr sxemasi “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №2/2025 131 Машиностроение и энергетика Yuqori chastotali qo‘zg‘atish tizimi quyidagi elementlardan tashkil topgan: G– sinxron generator, GE – yuqori chastotali generator, GEA – qo‘zg‘atkich, QRR – qo‘zg‘atkichni raqamli nazorat qilish, A – magnitli kuchaytirgich, AMS – avtomatik magnit maydonini kuchaytirish qurilmasi, KT – kuchlanish transformatori, TT - tok transformatori, QCH – generatorni qo‘zg‘atish chulg‘ami, LE – qo‘zg‘atkichning qo‘zg‘atish chulg‘ami, FV – zaryadsizlagich, KM – kontaktor, VD – diodli to‘g‘rilagich. Sinxron turbogeneratorlarning yuqori chastotali qo‘zg‘atish tizimlari generatorning samaradorligi va ishonchliligini oshirishda muhim rol o‘ynaydi. Ushbu tizimlar generatorning rotoridagi qo‘zg‘atish chulg‘amlariga yuqori chastotali o‘zgaruvchan tokni tatbiq etish orqali ishlaydi. Natijada, rotor chulg‘amlarida yuqori chastotali elektromagnit maydon hosil bo‘ladi, bu esa generatorning tezkor ishlashini ta’minlab beradi va dinamik barqarorlikni oshiradi [11]. Yuqori chastotali qo‘zg‘atish tizimlarining afzalliklaridan biri – ular generatorning umumiy o‘lchamlari va og‘irligini kamaytirishga imkon beradi. Bu, ayniqsa, zamonaviy energetika tizimlarida muhim ahamiyatga ega. Bundan tashqari, bunday tizimlar generatorning tezkorlik va samaradorlik ko‘rsatkichlarini yaxshilaydi, bu esa umumiy energiya ishlab chiqarish jarayonining samaradorligini oshiradi. Yuqori chastotali qo‘zg‘atish tizimlarini qo‘llanilishining kamchiliklari shundan iboratki, generatorning konstruksiyasini va boshqaruv tizimlariga qo‘shimcha elektr qurilmalar hamda qo‘shimcha talablar qo‘yadi. Masalan, rotor chulg‘amlarida yuqori chastotali toklar oqimi natijasida qo‘shimcha issiqlik ajralishi mumkin, bu esa samarali sovutish tizimlarini talab qiladi. Shuningdek, bunday tizimlar yuqori chastotali qurilmalarning elektromagnit moslashuvini ta’minlash uchun maxsus boshqaruv algoritmlari va himoya choralari bilan jihozlanishi kerak bo‘ladi [12]. Mustaqil qo‘zg‘atkichli tiristorli tizimlarda qo‘zg‘atuvchi asosiy sinxron generator bilan umumiy valda joylashgan yordamchi sinxron generatordir. Yordamchi generator ishlab chiqarayotgan o‘zgaruvchan tokni to‘g‘rilash tiristorli o‘zgartirgich yordamida amalga oshiriladi. Sinxron generatorning qo‘zg‘atish tokini tiristorlarning ochilish burchagining o‘zgartirish orqali o‘zgartiriladi (5-rasm). Ushbu qo‘zg‘atish tizimi eng tez ishlaydigan tizimlardan biri hisoblanadi. Uch fazali tarmoq TT KM TD1 TD2 QCH BQQ G R TT KT TT QRR 5-rasm. O‘z-o‘zini tiristorli qo‘zg‘atish tizimining bir chiziqli sxemasi Sinxron turbogeneratorlarni tiristorli qo‘zg‘atish tizimi quyidagi elementlardan tashkil topgan: G – generator, QCH – qo‘zg‘atish chulg‘ami, QRR – qo‘zg‘atkichni raqamli nazorat qilish, BQQ – boshlang‘ich qo‘zg‘atish qurilmasi, TD1,TD2 – tiristorli o‘zgartirgich, KM – elektromagnit kontaktor, KT – kuchlanish transformatori, TT – transformator tok, Tr – kuch transformatoridan iborat. Tiristorli o‘z-o‘zini qo‘zg‘atish tizimi elektr mashinalarida, xususan, sinxron generatorlarda qo‘llaniladigan zamonaviy boshqaruv usullaridan biridir. Ushbu tizimda “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №2/2025 132 Машинасозлик ва энергетика tiristorlar yordamida generatorning qo‘zg‘atish toki boshqariladi, bu esa generatorning ish samaradorligini oshirishga xizmat qiladi. Tiristorli qo‘zg‘atish tizimlari generatorning qo‘zg‘atish chulg‘amiga o‘zgaruvchan tokni ta’minlash uchun tiristorli o‘zgartkichlardan foydalanadi. Bu usul generatorning ish rejimlarini tez va aniq boshqarish imkonini beradi. Masalan, sinxron generatorlarda statik tiristorli qo‘zg‘atish tizimlari qo‘llaniladi, bu esa generatorning barqarorligini oshiradi va samaradorligini yaxshilaydi. Tiristorli qo‘zg‘atish tizimi boshqa an’anaviy qo‘zg‘atish tizimlariga qaraganda iqtisodiy jihatdan tannarxi juda qimmat hisoblanadi. R Uch fazali tarmoq TT QCHQ GAE VD VD QCH QCH G GE KT Tr TD QRR 6–rasm. Cho‘tkasiz qo‘zg‘atish tizimining bir chiziqli sxemasi Cho‘tkasiz qo‘zg‘atish tizimi quyidagi elementlardan tashkil topgan bo‘lib bunda, G- sinxron generator, GE – qo‘zg‘atkich, GEA – qo‘zg‘atkichning qo‘zg‘atkichi, QRR – qo‘zg‘atkichni raqamli nazorat qilish, KT – kuchlanish transformatori, TT – tok transformatori, Tr – kuch transformatori, QCH – generatorni qo‘zg‘atish chulg‘ami, LGE – qo‘zg‘atkichning qo‘zg‘atish chulg‘ami, LGEA – qo‘zg‘atuvchining qo‘zg‘atish chulg‘ami, VD – diodli to‘rilagich, TD – tiristorli o ‘zgichlardan iborat. Elektr stansiyalarida joylashgan turbogeneratorlarning qo‘zg‘atish toki qiymati oshishi tufayli generator ishlab chiqarayotgan quvvatning oshishiga olib keladi va to‘g‘ridan – to‘g‘ri tokni qo‘zg‘atish tizimining starsional elementlaridan sinxron generatorning aylanma xarakat qilayotgan rotoriga xalqali cho‘tkalar orqali o‘tkazish murakkablashadi. Shuning uchun cho‘tkasiz qo‘zg‘atish tizimlaridan foydalanish imkoniyatini yaratilgan [13]. Xulosa. Olib borilgan ilmiy izlanishlar shuni ko‘rsatadiki, sinxron turbogeneratorlarning qo‘zg‘atish tizimi bir necha usullari mavjud bo‘lib ularning texnik holati turlicha. Ulardan foydalanish generatorning quvvati hamda qo‘llanilish stansiyasilariga bog‘liq bo‘ladi. Shu sababli qo‘zg‘atish tizimidan beriladigan qo‘zg‘atish tokining qiymati tasodifiy o‘zgarishi tufayli turli xildagi avariyalar kelib chiqishi mumkin. Bunday avariyalar oqibatida generatorning ishchi holatiga, stator va rotor chulg‘amlarining izolyatsiyasining yemerilishiga, rotor va stator orasidagi oraliq masofaning o‘zgarishiga, hamda elektr va mexanik qismlarining yaroqsiz holatga kelishiga sabab bo‘ladi. Natijada, generatorning qo‘zg‘atish tokini monitoring qilish zarur bo‘ladi. Sinxron turbogeneratorlarning qo‘zg‘atish tokini muntazam ravishda monitoring qilish natijasida elektr energiyaning ishlab chiqarish jarayoni uzilib qolishining, genetor ish rejimlari buzilishining, stator va rotor qismlaridagi izolyatisya buzilishining, elektr hamda mexanik qismlarning nosoz holga kelishining va generatorni muddatdan oldin ta’mirga chiqishi hamda elektr energiyasi sifati buzilishining oldini olish imkoniyati yaratiladi. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №2/2025 133 Машиностроение и энергетика