1.5. Ненормальные режимы

К ненормальным относятся режимы, связанные с отклонениями от допустимых значений величин тока, напряжения и частоты, опасные для оборудования или устойчивой работы энергосистемы.

Рассмотрим наиболее характерные ненормальные режимы.

Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальный ток, допускаемый для данного оборудования в течение неограниченного времени.

Если ток, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемого им дополнительного тепла температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимую величину, что приводит к ускоренному износу изоляции и ее повреждения. Время, допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их величины. Характер этой зависимости показан на рис. 1.5 и определяется конструкцией оборудования и типом изоляционных материалов. Для предупреждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к разгрузке или отключению оборудования.

Рис. 1.5. Зависимость допустимой длительности перегрузки от величины тока t=f(I):

I_н – номинальный ток оборудования

Повышение напряжения сверх допустимого значения возникает обычно на гидрогенераторах при внезапном отключении их нагрузки. Разгрузившийся генератор увеличивает частоту вращения, что вызывает возрастание ЭДС статора до опасных для его изоляции значений. Защита в этих случаях должна снизить ток возбуждения генератора или отключить его.

Качания возникают при нарушении синхронной работы генераторов электростанций ЭЭС. Для пояснения процесса качаний рассмотрим упрощенную схему ЭЭС с двумя электростанциями А и В (рис. 1.6, а). В режиме нормальной синхронной работы электростанций А и В электрические частоты вращения векторов ЭДС Е_А и Е_В одинаковы: ω_А=ω_В=ω=2∙π∙f (рис. 1.6, б). При отсутствии нагрузки и равенстве по значению и фазе ЭДС Е_А=Е_В=Е ток в межсистемной ЛЭП отсутствует (рис. 1.6, а). В случае нарушения синхронизма, когда, например, ω_А>ω_В, положение вектора Е_А по отношению к Е_В будет изменяться, появится разность ЭДС ΔЕ=Е_А – Е_В, под действием которой возникнет уравнительный ток . Разность ЭДС ΔЕ будет изменяться с изменением угла δ (рис. 1.6, б). При δ=0 ΔЕ=0, при δ=180° ΔЕ=2Е. При дальнейшем нарастании угла δ ЭДС ΔЕ начнет уменьшаться и станет равной нулю, когда δ достигнет 360° (или δ=0). При повторном цикле увеличения δ процесс изменения ΔЕ повторяется вновь. Колебания значения ΔЕ вызывают соответствующие колебания (качания) значения тока I_ур и напряжений U_A и U_B, как показано на рис. 1.6, в.

Рис. 1.6. К пояснению действия релейной защиты при качаниях: а – схема энергосистемы, б – векторная диаграмма при наличии между ЭДС угла δ, в – диаграмма изменений токов и напряжений, г – определение положения центра качаний К_ц

Напряжение снижается от нормального до некоторого минимального значения, имеющего разное значение в разных точках сети (рис. 1.6, г). В точке К_ц, называемой электрическим центром качаний, напряжение имеет наименьшее значение и снижается до нуля при δ=180°, когда Е_А=Е_В. В остальных точках сети напряжение снижается, но остается больше нуля, нарастая от центра качаний К_ц к источниками питания А и В. Возрастание тока вызывает нагрев оборудования, а уменьшение напряжения нарушает работу всех потребителей ЭЭС. Качание – очень опасный ненормальный режим, отражающийся на работе всей ЭЭС.

По характеру изменения тока и напряжения (рис. 1.6, в) качания похожи на КЗ. Большинство устройств РЗ могут приходить в действие при качаниях и отключать защищаемые ими элементы. Такие хаотичные отключения разделяют ЭЭС на изолированные участки с дефицитом или избытком генерируемой мощности, что может привести к частичному или полному нарушению электроснабжения питающихся от ЭЭС потребителей. Поэтому необходимы меры, исключающие хаотичное действие РЗ при возникновении качаний.

Асинхронный режим. К ненормальным режимам относится также работа синхронного генератора без возбуждения. При работе в асинхронном режиме увеличивается частота вращения генератора и возникает пульсация тока статора. Для генераторов некоторых видов длительная работа в асинхронном режиме не допускается, а для других допускается лишь при уменьшенном значении активной мощности. В отдельных случаях потеря возбуждения, не представляя опасности для самого генератора, может послужить причиной резкого снижения напряжения, угрожающего нарушением устойчивости параллельной работы. В этом случае генератор, оставшийся без возбуждения, должен быть немедленно отключен от сети.