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

Рис. 1.7. Осциллограмма обменных колебаний активной мощности при параллельной работе ДГ с ТГ

Синхронизация ДГ с сет ью -Рдг = 50,4- Гц

Pc -S O rpj Р д г = Б00кВт

Рис. 1.8. Осциллограмма обменных колебаний активной мощности при параллельной работе ДГ с сетью

Как видно из рисунка, характер регистрируемых величин в ДГ при параллельной работе его с сетью полностью соответствует характеру колебаний при параллельной работе ДГ и ТГ.

Изложенное позволяет сделать вывод, что колебания при парал­ лельной работе ТГ и ДГ обусловлены процессами, происходящими в ДГ.

Анализ показал, что одним из вероятных источников может быть регулятор скорости ДГ. В соответствии с рис. 1.7, сдвиг по фазе между входной величиной регулятора (частотой вращения) и выходной ве­ личиной (перемещением рейки топливных насосов взятым с обратным знаком) составляет около 90°, в то время как у идеального регулятора скорости такой сдвиг должен быть равен 0. Если это так, то добиться устойчивости системы можно таким изменением ее параметров, кото­ рое привело бы к уменьшению коэффициента усиления системы, сдвигу фаз, что могло быть достигнуто, например, уменьшением динамиче­

при испытании СЭС, оборудованной турбогенераторами типа ТД-1000*. Колебания наблюдались как при параллельной работе непосредст­ венно двух и более турбогенераторов, так и при параллельной работе

Проведенные экспериментальные исследования позволили уста­ новить, что колебания могут быть устранены путем замены уравни­ тельных связей, осуществляемых с помощью блока параллельной работы (БПР) на уравнительные связи непосредственно между об­ мотками возбуждения генераторов (т. е. соединения обмоток возбуж­ дения генераторов параллельно). На осциллограмме рис. 1.10 показано действие такого соединения.

Колебания, обусловленные действием нескольких факторов. Такие колебания наблюдались при испытании ДГ мощностью 100 ч 150 кВт.

При параллельной работе головного дизель-генератора Д ГР-150/750 с дизель-генератором такого же типа при наклоне регу­ ляторной характеристики в пределах 2—5% и более возникали об­ менные колебания активной мощности. Частота этих колебаний ле­ жала в диапазоне 3—4,5 Гц. Колебания достигали максимальных значений на низких нагрузках (от 25 до 60% номинальной суммарной мощности). Амплитуда колебаний составляла 50% и более. Колеба­ ния мощности сопровождались колебаниями токов статора и ротора, напряжения и реек топливных насосов. Подобные колебания имели также место на судовых электростанциях, где были установлены дизель-генераторы Д ГР-100/750 мощностью 100 кВт.

Колебания наблюдались как в период швартовных и ходовых ис­ пытаний, так и после длительной эксплуатации (2000 и более часов),

* Испытания проводились под руководством П. Ф. Степаненкова.

31

т. е. они не являлись следствием разрегулировки систем автоматиче­ ского регулирования.

Анализ результатов испытаний показал, что частота обменных

(п — частота вращения дизеля, об/мин). При этом частоты 6,25 Гц (половинная гармоника) и 12,5 Гц (1-я гармоника) могут быть объяс-

Рис. 1.10. Осциллограмма, иллюстрирующая устранение об­ менных колебаний мощности при параллельной работе ТГ введением уравнительных связей между обмотками возбуж­ дения

баний со значительной постоянной амплитудой и постоянной частотой, отличной от частот возмущающих сил (например, 3,7 Гц и 4,1 Гц), позволяет предполагать, что они имеют автоколебательный характер. В то же время колебания с постоянной амплитудой и частотами ниже частоты половинной гармоники и кратными частоте вращения дизеля

6ЧН-18/22 ^например, ^ 3,125 Гц| позволило предполагать,

что колебания имеют резонансный или околорезонансный характер, частота которых, как известно, равна частоте возмущающих сил

33

Характеристики колебаний при испытаниях САЭС

Параметры колебательного режима

Наличие в системе колебаний с переменной амплитудой и частотой позволяло предполагать возможность существования комбинационных колебаний, являющихся следствием интерференции колебаний раз­ личного рода. Так, например, в системе были выявлены комбинацион­ ные колебания, обусловливаемые одновременным действием вынуж­

Было также установлено, что постоянно действующие вынужден­ ные силы не всегда имеют строго периодический характер. Вследствие этого в системе, помимо вынужденной составляющей колебаний ре­ жимных параметров, постоянно присутствует свободная составляю­ щая, т. е. имеет место наложение постоянно возбуждаемых свободных

ивынужденных колебаний.

Врезультате почти трехлетних экспериментальных и аналитиче­ ских исследований [5, 6, 26, 49] были установлены причины указан­

ных колебаний и разработаны меры, которые позволили уменьшить амплитуду колебаний режимных параметров до допустимого значения.

Анализируя описанные выше случаи, данные по которым сведены в табл. 1.1, можно установить, что в САЭС могут быть следующие виды колебательных явлений:

—свободные колебания, обусловленные действием систем авто­ матического регулирования и непериодическими вынужденными си­ лами;

—автоколебания, обуславливаемые неустойчивостью тех или иных контуров регулирования и наличием в них нелинейностей;

—вынужденные колебания, вызываемые действием вынужденных сил и близостью частоты этих сил к резонансной частоте системы;

—комбинационные колебания, происходящие вследствие интер­ ференции колебаний в системе.

Колебания могут проявляться как в отдельных (при отсутствии колебаний в других контурах), так и во всех (или в большинстве) кон­ турах системы.

Отдельные контуры регулирования, будучи устойчивыми в одном режиме работы, могут обуславливать возникновение колебаний в дру­ гом режиме.

ГЛАВА II

ЛИНЕАРИЗОВАННЫЕ УРАВНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОБЩЕННОЙ САЭС ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ УСТОЙЧИВОСТИ

§6. Состав, обобщенная функциональная схема

иэквивалентирование САЭС

Состав современных СЭС (т. е. количество, тип, компоновка ГА в электростанции и оснащение их теми или иными локальными систе­ мами регулирования) определяется исходя из учета многих факторов:

35

установленной мощности потребителей и коэффициента одновремен­ ности их работы; требований к надежности работы СЭС и к качеству вырабатываемой электроэнергии; степени резервирования; пусковой мощности наиболее крупных потребителей и т. д.

На некоторых судах имеется несколько независимо работающих электростанций, каждая из которых обеспечивает свою группу по­ требителей.

Обычно электростанция состоит из нескольких агрегатов. При этом основной режим ее работы—параллельная работа. Очевидно, что сложность исследования колебательных явлений в этих условиях бу­ дет зависеть от количества ГА, объединяемых в одну группу парал­ лельно работающих машин, и от оснащенности такой группы теми или иными локальными системами регулирования. На основании анализа состава современных САЭС можно сделать следующие выводы:

—в САЭС часто используются однотипные ГА;

—количество типов ГА, работающих в параллель в составе одной электростанции, не бывает больше двух;

—на большинстве САЭС предусматривается параллельная работа лишь двух ГА;

—в современных САЭС используются комбинированные САРС;

—распределение активной нагрузки в современных СЭС, преду­ сматривающих параллельную работу, осуществляется специальными системами с использованием устройств типа УРЧН или УРМ-35;

—поддержание частоты с высокой точностью может быть осущест­ влено путем введения специального контура регулирования частоты

сиспользованием устройства типа ПРЧ (ранее использовалось уст­ ройство типа УРЧН).

Определим состав обобщенной функциональной схемы САЭС, с помощью которой можно было бы исследовать существующие коле­ бательные явления. Такая схема, обладая всеми качествами современ­ ных САЭС, должна быть по возможности простой.

Наиболее действенным средством упрощения является эквивалентирование группы параллельно работающих ГА, т. е. замена их одним агрегатом.

Эквивалентирование приводит к уменьшению числа степеней сво­ боды системы и, следовательно, принципиально нестрогая операция. Поэтому преобразованная система может рассматриваться как экви­ валентная исходной системе только в смысле каких-то определенных свойств.

При изучении колебательных явлений замена группы ГА одним

единяемых ГА относительно остальных агрегатов системы. С наиболь­ шей строгостью эта задача может быть решена, если эквивалентируются ГА, относительные углы сдвига роторов которых (друг отно­ сительно друга) остаются неизменными в течение всего требуемого интервала переходного процесса. В данном случае колебательные свойства эквивалентной системы (т. е. движение не эквивалентируемых ГА относительно эквивалентного агрегата ГА) наиболее точно

36

соответствуют колебательным свойствам исходной системы (т. е. дви­ жению не эквивалентируемых ГА относительно каждого из эквивалентируемых).

Как показано в [14, 35] выполнение условия неизменности углов сдвига роторов будет зависеть от того, насколько ближе друг к другу соответственно механические Тд и электрические Тэ постоянные вре­ мени объединяемых агрегатов и одинаковы электрические удаленно­ сти х каждого из ГА от узла нагрузки.

Эквивалентирование справедливо при соблюдении так называемых условий однородности:

ТД1 ~ Т'р?— Тдз = • • •

Т Э1 — Т Э2 ~ Т э3= . . .

X] — х.2 — х3 — . . .

Следует заметить, что условие равенства электрических удаленно­ стей х в СЭС (сопротивлений кабельных линий от ГА до шин ГРЩ, являющихся узлом нагрузки) как правило выполняется, так как со­ противление кабельных линий между генераторами и узлом нагрузки по сравнению с реактансами генераторов хй пренебрежимо мало, т. е.

Следовательно, обязательным условием эквивалентирования, по­ мимо упомянутых выше, должно быть отсутствие колебаний внутри группы ГА.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили спра­ ведливость эквивалентирования однотипных ГА в судовых условиях. На рис. II. 1 представлены кривые изменения мощности трех парал­ лельно работающих ГА: одного ТГ и двух однотипных ДГ. Как видно из рисунка, кривые изменения мощности у ДГ идентичны, что гово­ рит о неизменности углов сдвига их роторов друг относительно друга. Кривая изменения мощности ТГ резко отличается от кривых мощно­ сти ДГ, т. е. появляются углы сдвига между синфазно движущимися роторами ДГ и ротором ТГ. Таким образом, однотипные ДГ в данном случае могут быть заменены одним эквивалентным.

Как уже указывалось, количество типов ГА, работающих в составе одной САЭС, не бывает больше двух. Вследствие этого путем эквива­ лентирования однотипных ГА структура параллельной работы не­ скольких ГА в САЭС может быть сведена к структуре параллельной работы двух в общем случае разнотипных агрегатов.

Если САЭС имеет больше, чем два ГА, работающих в параллель, то рекомендуется следующий порядок проведения исследования:

— исследуется попарная параллельная работа однотипных ГА, выясняются условия, обеспечивающие устойчивость их работы; на основании известных методов [14, 35] осуществляется эквиваленти-

37