Файл: Болотин, Б. И. Инженерные методы расчетов устойчивости судовых автоматизированных электростанций.pdf

ные элементы генераторных агрегатов (первичные двигатели, генера­ торы, регуляторы и т. д.).

Рассмотрим коротко основные работы последнего периода, посвя­ щенные проблеме обменных колебаний.

Следует отметить исследования иностранных ученых В. Бенца [56, 57] и Д. Румпеля [63]. Исследование колебаний дизель-генера­ торов В. Бенц проводит на основании векторной диаграммы моментов, действующих на вал агрегата со стороны дизеля и генератора. Пред­

суммарном угле, превышающем 90°) и показывает, что уменьшение обменных колебаний может быть достигнуто за счет возрастания GD2, увеличения временной степени неравномерности регулятора скорости и правильного выбора параметров демпферной клетки. Последнее, как показывает автор, позволяет значительно снизить маховые массы агрегата. Весьма интересным является предложение автора опреде­ лять параметры дизель-генераторов для построения векторных диа­ грамм с помощью частотных характеристик объекта (первичного дви­ гателя с САР частоты вращения, генератора с САР напряжения). Бенц считает нерациональным использование для исследования обменных колебаний общепринятых дифференциальных уравнений ввиду того, что учесть реальные параметры объекта не представляется возможным.

В работах Д. Румпеля исследование колебаний производится путем анализа частотных характеристик так называемого комплексного ко­ эффициента синхронизации k6, полученного из уравнений ГореваПарка. Коэффициент k6, представляя собой отношение момента к углу 6, является, по существу, ПФ генератора. Действительная часть этого коэффициента соответствует синхронизирующему моменту, мнимая— демпферному. Используя частотные характеристики этого коэффи­ циента, можно определить параметры колебательного процесса (ам­ плитуду, собственную частоту и т. д.).

Внашей стране интенсивное исследование колебаний СГ началось

всередине 60-х годов. Эти исследования основывались на известных работах Л. П. Веретенникова о переходных процессах в СЭС, а также на работах И. Д. Урусова о колебаниях синхронных машин.

В1960 г. была издана монография И. Д. Урусова [52], в которой проведен анализ свободных и вынужденных колебаний синхронных машин. Несмотря на то, что в монографии рассматривается работа ге­ нераторов на сеть бесконечной мощности и не учитывается САР ча­ стоты вращения агрегата, она явилась базой для работ большинства современных отечественных ученых.

В1965 г. были начаты серьезные экспериментальные и аналитиче­ ские исследования обменных колебаний мощности параллельно ра­ ботающих дизель-генераторов типа ДГР 100/1500 и ДГР 200/1500. Исследования, продолжавшиеся несколько лет, показали, что ос­ новной причиной колебаний является неустойчивость системы парал­ лельно работающих ДГ на некоторых режимах [50, 24]. Некоторое уменьшение колебаний было получено путем конструктивного изме­

14

нения регулятора скорости и включения емкости в блок параллельной работы, эквивалентного введению в регулятор напряжения сигнала по активной мощности. В 1966 г. были выявлены обменные колебания мощности, которые возникали при автоматической синхронизации турбогенератора и дизель-генератора мощностью 1,5 мВт. Прове­ денные аналитические исследования этого явления, а также исследова­ ния с использованием экспериментальных данных [25, 48], позволили установить его автоколебательную природу, а также причины возник­ новения и пути устранения этих колебаний.

Наиболее разносторонние экспериментальные и аналитические

Из работ последнего периода, посвященных вопросу колебаний синхронных генераторов, интересна работа [2], в которой исследуются вынужденные колебания в установившихся режимах. В этой работе предлагается метод определения допустимого значения колебаний по тепловой перегрузочной способности генератора, исследуется влияние колебаний на работу систем защиты, производится анализ возможно­ стей уменьшения колебаний путем искусственного демпфирования генератора автоматическим регулированием возбуждения по произ­ водным нагрузки. Следует отметить, что часть материала этой работы является повторением работ периода 1890—1910 гг.

В работе [46 ] дан подробный анализ явления колебаний СГ и про­ ведены экспериментальные исследования влияния САР частоты вра­ щения и напряжения на колебания. На базе подробных уравнений с помощью ЭВМ проведены аналитические исследования, позволившие автору проверить и подтвердить выдвинутые им новые гипотезы воз­ никновения колебаний (неустойчивость в малом САР напряжения,, автоколебания из-за наличия люфта в САР частоты вращения агрегата).

В статье [3 ] содержатся интересные данные об условиях устойчи­ вости параллельной работы генераторов. Оригинальный метод иссле­ дования колебаний СГ, основывающийся на положениях аналитиче­ ской динамики, предложен в работе [34].

Особо следует сказать о работе [50]. Четкое представление физики колебаний при параллельной работе дизель-генераторов, особенно в механической части системы, позволило автору получить простые математические выражения для описываемых явлений. Значительный материал монографии посвящен вопросам, связанным с природой воз­ мущений, с характером влияния на колебания параметров систем ре­ гулирования частоты вращения и напряжения. Использование авто­ ром частотных методов позволяет упростить проведение исследований. Эта монография совместно с работой [52], где более подробно рассмот­ рена электрическая часть системы, в наибольшей степени обобщают материал по колебаниям синхронных генераторов.

Менее исследован вопрос колебаний, обуславливаемых системами автоматизации СЭС. Это объясняется тем обстоятельством, что разви­ тие подобных систем началось сравнительно недавно. Можно отметить ряд работ [8, 39], в которых анализируется состояние этого вопроса, обобщается опыт колебаний в них и намечаются пути их устранения.

15.

ГЛАВА I

СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ.

УСТОЙЧИВОСТЬ САЭС

§3. Характеристика современных судовых электростанций

иих систем автоматизации

Судовая электростанция является единым электротехническим комплексом, предназначенным для бесперебойного снабжения потре­ бителей электрической энергией требуемого количества и качества.

В судовую электростанцию входят следующие элементы: —- источники электроэнергии (ГА);

—распределительные устройства — главный распределительный щит (ГРЩ), пульт управления (ПУ);

—устройства автоматизации.

В настоящее время в СЭС используются 3 типа ГА: турбогенера­ торы (ТГ), газотурбогенераторы (ГТГ) и дизель-генераторы (ДГ). Для их пуска, контроля режимов и остановки разработаны и вне­ дрены в производство системы дистанционного автоматического уп­ равления (ДАУ).

п р я ж е н и я и ч а с т о т ы в р а щ е н и я .

В качестве систем регулирования напряжения на судовых генера­ торах применяются в основном статические системы амплитудно-фа­ зового компаундирования с корректорами, т. е. комбинированные (двухимпульсные) системы с воздействием по возмущению (току) и отклонению регулируемой величины (напряжению).

В качестве систем регулирования частоты вращения первичных двигателей используются статические системы с воздействием по от­ клонению. В последнее время в связи с ужесточением требований к точности поддержания частоты в статических и динамических ре­ жимах разработаны и внедряются комбинированные (двухимпульсные) системы регулирования частоты вращения с воздействием по отклоне­ нию частоты вращения и по возмущению.от нагрузки. Применение таких регуляторов позволило добиться значительного повышения качества переходных процессов и точности работы ГА в статических режимах. Однако возможность получения большей точности ограни­ чена нечувствительностью механического измерителя частоты враще­ ния и отсутствием обратной связи по регулируемой координате (ча­ стоты вращения) в контуре воздействия по нагрузке. Вследствие этого

16

ного генераторного агрегата, которая выводит агрегат на заданную частоту вращения. По достижении частоты вращения 90—95% номи­ нального значения производится возбуждение генератора. На этом запуск агрегата считается законченным. (Аналогичную операцию устройство УВР осуществляет также и при длительном снижении напряжения до величины 50—60% номинального значения.) Кроме того, при снижении нагрузки на электростанции до заданной величины устройство УВР отключает резервный агрегат.

По окончании запуска частота вращения агрегата с помощью системы автоматической синхронизации, использующей устройства типа УСГ-1П или УСГ-35, подгоняется к частоте вращения работаю­ щего (базового) агрегата. Сигнал на включение генераторов на па­ раллельную работу подается синхронизатором только в том случае, если разность частот и разность напряжений находится в заданных пределах. Подача сигнала производится с заданным временем опере­ жения, учитывающим время срабатывания автомата таким образом, чтобы замыкание контактов автомата происходило в нуле огибающей биений, что соответствует совпадению векторов э. д. с. генераторов. После введения ГА в параллель синхронизатор отключается.

Одновременно с замыканием контактов автомата синхронизации

ройств УРЧН (УРМ-35) производит пропорциональное распреде­ ление активной нагрузки между параллельно работающими агрега­ тами совмещением статической характеристики подключаемого агре­ гата с характеристикой базового агрегата, (т. е. воздействует на ме­ ханизм управления частотой вращения первичного двигателя). Эта система остается включенной постоянно и корректирует распределе­ ние нагрузки во всех режимах параллельной работы.

Постоянно включена также и с и с т е м а р е г у л и р о в а н и я ч а с т о т ы , использующая прибор типа ПРЧ, который позволяет с высокой точностью поддерживать частоту на всех режимах незави­ симо от внешних условий. Кроме того, система воздействует на меха­ низм управления частотой вращения, производя соответствующее смещение механической характеристики базового агрегата. Исполь­ зование этой системы без системы автоматического распределения активной нагрузки при параллельной работе синхронных генерато­ ров невозможно, так как, перемещая статическую характеристику базового агрегата, она тем самым производит перераспределение ак­ тивных нагрузок. Следовательно, для того чтобы пропорционально распределить нагрузки при новом положении статической характери­ стики базового агрегата, необходимо совместить с ней характеристики остальных параллельно работающих агрегатов.

При переходе станции к более напряженному режиму происходит включение еще одного резервного агрегата (в той же последователь­

18