Файл: Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник.pdf

тора Е и Ха- Однако эти параметры сами изменяются при больших возмущениях, поэтому для анализа дина­ мической устойчивости угловая характеристика генера­ тора должна строиться по параметрам, свойственным переходному процессу. В качестве таковых принимаются переходная э. д. с. Е' и переходное сопротивление х'а, которые можно считать неизменными в течение переход­ ного процесса, вызванного большими возмущениями в системе (подробнее о Е' и х'а будет сказано в § 4-4). При этом угловая характеристика генератора с учетом внешнего сопротивления связи е системой может быть выражена в виде

где применительно к схеме на рис. 2-11 xEHi= xT+ ^il|Xn2, если в работе обе линии, и хВн2= *т + *л1, если отключена Л2. Рассмотрим влияние больших возмущений (к. з. в точке К1, расположенной вблизи шин высокого напря­ жения; к. з. в середине линии Л2 и последующее отклю­ чение поврежденной линии) на поведение генератора и пути обеспечения его динамической устойчивости. Для наглядности на угловых характеристиках указано, по какой э. д. с. (переходная Е' или предельная £ Пр, полу­ ченная в результате форсировки возбуждения) и при каком внешнем сопротивлении они построены.

При трехфазном к. з. в точке К1 напряжение на ши­ нах станций упадет до нуля. В соответствии с этим упа­ дет до нуля и синхронный электромагнитный момент генератора. Равновесие моментов нарушится, угол б бу­ дет увеличиваться. Ускорение ротора генератора при этом определяется величиной момента турбины и меха­ нической постоянной времени агрегата Тj

Через промежуток времени tu когда угол станет рав­ ным боткл, поврежденный участок К1 отключается, вос­ становятся напряжение на шинах подстанции и элек­ тромагнитный' синхронный момент генератора. Но так как ротор приобрел запас кинетической энергии, угол б будет увеличиваться. Избыточная кинетическая энергия,

37

I f c o n s t

б) г)

Рис. 2-11. Схема передачи активной мощности от станции в систему по двум параллельным линиям передач и кривые, поясняющие со­ стояние динамической устойчивости при трехфазных коротких замы­ каниях в точках К1 и К2.

а — короткое замыкание в точке KI, форсировка возбуждения генератора не работает. Время отключения поврежденной цепи в этом и последующих слу­

ке К2. Линия Л2 отключается через время t,. Форсировка возбуждения генератора не работает. Генератор выходит из синхронизма; г — короткое за­ мыкание в точке К2. Линия Л2 отключается через U. Форсировка возбуждения генератора работает. Генератор сохраняет устойчивость параллельной работы.

38

тора (отрезок АД), которая приведет к ускорению рото­ ра. В этом случае площадка ускорения представляет собой фигуру АДЕ Б. После отключения поврежденной линии JI2 в работе останется Л1, что приведет к увели­ чению внешнего сопротивления до хВН2 и уменьшению максимума передаваемой мощности в соответствии с вы­ ражением (2-13) по сравнению с максимумом передавае­ мой мощности до аварии. При этом площадка торможе­ ния БВГ в представленной ситуации оказалась меньше площадки ускорения, что означает выход генератора из синхронизма. И в этом случае для сохранения устойчи­ вости параллельной работы молено применить форсиров­ ку возбуждения на время переходного электромеханиче­ ского процесса (рис. 2-11,г). При форсировке возбужде­ ния с £*Пр'=1,8 площадка торможения БВГ станет боль­ ше площадки ускорения АДЕБ. При наличии форсиро­ ванного возбуждения устойчивое равновесие между Мт и Мс имеет место при угле 6i (рис. 2-11,г). После отклю­ чения форсировки и установления нормального рабочего возбуждения устойчивое равновесие наступит при угле бг.

Из изложенного следует, что для обеспечения дина­ мической устойчивости параллельной работы генерато­ ров необходимо предъявлять определенные требования к быстродействию релейных защит, к системам возбуж­ дения синхронных генераторов и устройствам их автома­ тического регулирования,, исходя из возможных аварий­ ных ситуаций в проектируемой схеме системы. Эти тре­ бования обычно формулируются по отношению к вели­ чине форсировки возбуждения (потолок возбуждения) и скорости форсировки возбуждения. Кроме того, на си­ стемы возбуждения возлагаются функции регулирования напряжения на генераторах.

2-6. СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Системами возбуждения называют устройства, обеспе­ чивающие питание обмоток возбуждения постоянным или выпрямленным током. Системы возбуждения имеют устройства ручного управления и автоматического регу­ лирования возбуждения (АРВ).

В настоящее время наибольшее распространение на­ шли следующие системы возбуждения (рис. 2-12):

1. Электромашинная система возбуждения с возбу­ дителем постоянного тока, которая может иметь незави-

4°

СйМый от напряжения генератора привод (возбудитель па общем валу с генератором) и привод, зависящий от напряжения на выводах генератора.

2. Электромашинная система возбуждения с возбу­ дителями переменного тока на общем валу с генерато­ ром. Эта система возбуждения может иметь следующие модификации:

свозбудителем промышленной частоты и неподвиж­ ным выпрямительным устройством;

свозбудителем повышенной частоты и неподвижным выпрямительным устройством;

свозбудителем переменного тока н вращающимся по­ лупроводниковым выпрямительным устройством (бесще­ точная система возбуждения).

3. Безмашинная система возбуждения с зависимым питанием.

Электромашинная система возбуждения с возбудите­ лем постоянного тока имеет якорь возбудителя, который непосредственно сочленен с валом генератора и враща­ ется с одинаковой с ним частотой вращения; ручное ре­ гулирование величины тока возбуждения генератора // осуществляется изменением напряжения на коллекторе возбудителя, последнее регулируется током возбуждения возбудителя с помощью шунтового реостата ШР.

Такие системы возбуждения успешно используются для турбогенераторов средней мощности. При увеличе­ нии мощности турбогенератора выше 150 МВт коллек­ торная машина на 3 000 об/мин не может обеспечить требуемое увеличение мощности возбудителя.

Снижение частоты вращения возбудителя выполняет­ ся либо с помощью редуктора (рис. 2-12,6), либо при­ вода от специального электродвигателя с пониженной частотой вращения (рис. 2-12,в). В последнем случае си­ стема возбуждения становится зависимой от напряжения на выводах генератора, так как приводной двигатель Д питается от шин собственных нужд через трансформатор собственных нужд ТР СИ. Чтобы уменьшить влияние кратковременных глубоких снижений напряжения на ра­ боту системы возбуждения, на валу возбудителя уста­ навливается маховик М. Зависимые машинные системы возбуждения применяются главным образом в качестве резервных.

Сувеличением мощности генераторов до 300 МВт по­ лучили распространение электромашинные системы воз­

42

буждения с возбудителями переменного тока повышен­ ной частоты (рис. 2-12,г). Возбудитель представляет со­ бой трехфазный генератор индукторного типа. У него трехфазная обмотка переменного тока 5 и обмотки воз­ буждения 1, 2, 3 заложены в пазах статора. Ротор на­ бран из листов электротехнической стали в пакеты зуб­ чатого профиля (10 зубцов при частоте 500 Гц). Перемен­ ная э. д. с. наводится в трехфазной обмотке от пульса­ ций величины магнитной индукции в пазах статора, вы­ званных изменением воздушного зазора между статором и ротором при вращении последнего.

При работе генератора на холостом ходу возбужде­ ние возбудителя В осуществляется обмоткой 2 от под­ возбудителя ПВ (постоянный магнит ротора подвозбу­ дителя находится на общем валу с ротором индукторного генератора и основного синхронного генератора) через выпрямительное устройство ВУ. В рабочем режиме всту­ пает в действие возбуждение от обмотки 1, включенной последовательно с обмоткой возбуждения основного ге­ нератора. Регулирование и форсировка возбуждения осуществляются с помощью обмотки 3 от магнитного усилителя.МУ регулятора возбуждения.

Отсутствие коллектора и обмоток на вращающемся роторе индукторного генератора позволяют значительно увеличить мощность такой машины при 3 000 об/мин по сравнению с возбудителем постоянного тока.

Рассмотренная система возбуждения имеет скользя­ щие контакты в местах подвода постоянного тока к об­ мотке возбуждения генератора. С ростом мощностей генераторов и ростом токов возбуждения возникает су­ щественная потребность освободиться и от этих скользя­ щих контактов кольца-щетки. Принципиальная схема такой системы возбуждения показана на рис. 2-12,(5. Трехфазная обмотка возбудителя и выпрямительное устройство вращаются вместе с обмоткой возбуждения синхронного генератора. Обмотка возбуждения возбуди­ теля располагается на статоре и питается через выпря­ мительное устройство от подвозбудителя, устройство ко­ торого аналогично устройству подвозбудителя в системе возбуждения (рис. 2-12,г). В создании и эксплуатации таких систем возбуждения возникают трудности в изме­ рениях величины тока возбуждения генератора ОВГ, замена отдельных выпрямительных элементов в группах выпрямительного устройства требует остановки гене­

43