Оценка результирующей устойчивости

Практически важное значение имеют режимы работы электрических систем при больших отклонениях угловой скорости роторов генераторов или двигателей от синхронной. К таким режимам, например, относятся: работа синхронной машины на шины, где скорость ω ₀ отлична от скоро­сти ω этой машины; ресинхронизация после нарушения устойчивости; самосинхро­низация генераторов, автоматическое повторное включение с самосин­хронизацией (АПИС) или без контроля синхронизма (АПВбС); асинхрон­ный пуск двигателей и компенсаторов; самозапуск двигателей. Все эти ре­жимы, по различным причинам возникающие в системе, назы­ваются асин­хронными. Для асинхронных режимов характерно периодиче­ское измене­ние вектора эдс хотя бы на угол, больший 360˚.

Возникновение асинхронного режима. Причины появления асинхрон­ного режима генератора или части (группы генераторов) могут быть раз­личными. Его может вызвать исчезновение возбуждения, нарушение ди­намической устойчивости после резкого возмущения--толчка или наруше­ние статической устойчивости сильно перегруженной системы при малом возмущении.

В сложной системе могут быть случаи, когда асинхронный ход, воз­никший в одной части системы, может привести к выпадению из синхро­низма какого-либо генератора или группы генераторов. В первом случае генератор работает только как асинхронный, во втором (третьем и т.д.) случаях при возбуждении генератор наряду с асинхронной мощностью выдает также пульсирующую асинхронную мощность.

Для большинства синхронных машин асинхронный ход не представ­ляет опасности. Турбогенераторы в асинхронном режиме могут развивать мощность, соизмеримую с номинальной. При скольжениях порядка деся­тых долей процента, при которых устанавливается асинхронный режим турбогенераторов токи, как правило, не представляют какой-либо опасно­сти для машины.

Допустимость асинхронного режима может вызывать сомне­ния в связи с опасностью нарушения устойчивости остальной части системы, в которой мощный генератор или группа генераторов работает асинхронно. В этом режиме генератор обычно поглощает из системы зна­чительную ре­активную мощность, что может приводить к снижению на­пряжения во всей системе, создавая опасность нарушения устойчивости остальных ге­нераторов и двигателей.Однако правильным выбором источ­ников реак­тивной мощности и регулирующих устройств можно добиться такого по­ложения, когда опасность аварии такого рода станет маловероят­ной.

Можно восстанавливать нормальную работу системы, не от­ключая от сети выпавший из синхронизма генератор, но оставляя его на некоторое время в асинхронном режиме и затем заставляя его снова войти в синхро­низм. При этом система сохраняет результирующую устойчивость, т.к. в конечном счёте нормальный синхронный режим восстановится и наруше­ния энергоснаб­жения потребителей не происходит. Однако асинхронный режим, не яв­ляющийся для системы нормальным, не должен осуществ­ляться без про­верки.

В сущности, все инженерные исследования асинхронного режима и направлены на выяснение его допустимости, его длительности и путей ликвидации, т.е. ускорения вхождения в синхронизм.

На рис. 6.4. показана схема, в которой рассматривается асин­хронный режим, векторная диаграмма и характер изменения угловой скорости. Здесь предполагается, что при некотором значении δ = δ ₀ угловая скорость вектора E изменится и становится равной ω (вместо ω ₀). Модуль вектора Е_ω = Е(ω), угол δ = δ ₀ + Δ δ. Здесь Δ δ = st, где s - скольже­ние:

s = (1/ω ₀)(dδ /dt) = (ω – ω ₀)/ω ₀.

В возникающем при нарушении устойчивости переходном процессе можно выделит три этапа: 1) выпадение из синхронизма; 2) переход к асинхронному режиму; 3) установившийся асинхронный режим и набор нагрузки с восстановлением нормального режима.

Последний этап определяется в основном тем, как тур­бина принимает нагрузку, или, иначе, " приемистостью турбины". При этом давление пара после промежу­точного перегрева может быть либо близким к исходному, либо понижен­ным в зависимости от характера протекания двух предыду­щих этапов, их длительности и регулирования турбины.

Рис. 6.4. Асинхронный ход в системе: а – схема системы; б – векторная диаграмма

системы; в – характер изменения угловой скорости и скольжения

Длительность асинхронного режима зависит от ряда факто­ров: сколь­жения к концу аварийного процесса, обусловившего нарушение устойчи­вости, характера изменения момента турбины на первой и после­дующих стадиях асинхронного режима, асинхронного момента генератора и мощ­ности местной нагрузки в послеаварийном режиме.

Обычно при выпадении крупного генератора из синхро­низма его электромагнитный момент становится меньше вращающего мо­мента тур­бины. Это приводит к повышению скорости, т.е. работе с поло­жительным скольжением. При увеличении скорости под действием регу­ляторов тур­бины происходит уменьшение впуска энергоносителя в тур­бину и мощ­ность, отдаваемая в сеть при асинхронном ходе, всегда будет меньше, чем до выпадения.

Реактивная мощность, необходимая для создания электромагнитных полей в асинхронно работающей машине, поступает из сети. Ток статора, взрастающий в связи с увеличившейся реактивной мощностью, во время асинхронного режима колеблется около среднего значения с частотой, приблизительно равной 2(f – f₀).

Амплитуда колебаний тока статора будет минимальной при разомкну­той обмотке возбуждения, а скольжение – при замкнутой обмотке возбуж­дения.

В асинхронном режиме предельная активная мощность кото­рую может отдавать турбогенератор, обычно ограничивается 50 – 70 % от номинальной мощности из-за возрастания тока статора, а мощность, кото­рую современный крупный гидрогенератор, –30 – 50%. Кратковременно ее можно повысить, допустив перегрузку по току статора. Возможность асинхронного хода и его длительность зависят от типа генератора и усло­вий работы системы. Турбогенератору при потере возбуждения разреша­ется работать в асинхронном режиме до 15 – 30 мин, без потери возбужде­ния – несколько меньше если за это время восстановить синхронную ра­боту не удается, то генератор должен быть отключен от сети. Немедленное отключение от сети генератора, выпавшего из синхронизма, должно про­изводится только в случаях появления опасного повреждения машины. Длительность работы гидрогенератора, разрешаемая только при возбужде­нии, более кратковременная (3 – 4 мин). Асинхронный ход, как правило, недопустим в тех случаях, когда потери в роторе оказываются больше номинальных, а ток статора – больше 1, 1_ном.