3. Описание переходных процессов в первичных двигателях и в системах регулирования скорости

Принципиальная схема системы регулирования скорости первичных двигателей приведена на рис. 1.21.

Рис. 1.21. Система регулирования скорости ротора генератора

Поясним действие схемы. Предположим, что электрическая нагрузка генератора 1 увеличилась. Возникшее несоответствие моментов, прило­женных к ротору генератора AM = М_т - М < 0, приведёт к снижению скорости ротора. Вследствие этого муфта 2 центробежного маятника начнет смещаться вниз, открывая окна золотника 3. Поршень серводвига­теля 4, придя в движение, заставит перемещаться вверх задвижку (услов­ное название) трубопровода 5, увеличивая тем самым поступление энер­

гоносителя в турбину 6, а следовательно, и скорость вращения ротора ге­нератора.

При медленном изменении положения ц задвижки, определяющей степень открытия трубопровода, полезный момент турбины (за вычетом потерь) будет изменяться пропорционально положению задвижки

М_Ч1 = к^ ц, 0<ц<ц_ном. (1.79)

Момент турбины зависит не только от положения задвижки, но и от скорости вращения турбины. Зависимость М_тсо при постоянном откры­тии задвижки можно считать линейной:

М_тю = М₀(1-£со). (1.80)

Зависимости момента турбины от положения задвижки и от скорости вращения турбины приведены на рис. 1.22.

Рис 1.22. Характеристики момента и мощности турбины

Учитывая (1.80), мощность, развиваемая турбиной при постоянном положении задвижки (нерегулируемая турбина), будет равна

Р_т = со М_т = М₀ ^оо — к со^ j,

т. е. является квадратичной функцией со (см. рис. 1.22). Максимум этой за­висимости соответствует наилучшему КПД турбины. Однако работать с наилучшим КПД практически невозможно, т. к. даже небольшое увеличе­ние нагрузки генератора приведет к останову нерегулируемой турбины.

Зона устойчивых рабочих режимов находится справа от максимума харак­теристики мощности турбины (например, в точке а).

Зависимость момента турбины от ц и ш в относительных номиналь­ных единицах турбины можно представить в виде

Mj — Ц- • м_т(0.

При малых отклонениях со от исходного положения М_тю принимают равным 1.

Приведём теперь основные соотношения, характеризующие систему регулирования скорости ротора генератора в переходном режиме.

Для описания переходных процессов в регуляторе скорости можно использовать следующие уравнения:

А со* х

• = Ц + !^₀, v = r_v(v, v₃,v₀);

^ (1-81)

T_s И" ^— (Д’ M'min’ M'max)’

Здесь Лсо*= со*-со о* - отклонение скорости вращения ротора от номи­нальной; V - скорость перемещения задвижки; ц ₀ - уставка для системы регулирования скорости; T_s - постоянная времени исполнительного меха­низма; <j - коэффициент неравномерности системы регулирования скоро­сти. Величина 1/а является коэффициентом усиления по отклонению ско­рости.

Первое уравнение определяет суммарный сигнал, действующий на вход исполнительного механизма, от чего зависит скорость перемещения задвижки. Второе уравнение учитывает имеющиеся конструктивные огра­ничения на максимальную скорость перемещения при закрытии v₃ и от­крытии v₀ трубопровода. Третье уравнение описывает перемещение за­движки трубопровода. Четвертым уравнением вводятся конструктивные ограничения положения задвижки.

Переходные процессы в паровой турбине можно учесть следующими уравнениями:

^ dM_TR ,

Т тв — Л/Г .. Л/Г

^тв . ^тв^^ном г ^1У±ТВ>

at

Т„„^^ = (\-кт_В)М_тиом1х-М_ш; (1.82)

Mj = Mjg + •

Здесь к_тв - доля момента, развиваемого частью высокого давления турби­ны; М_тв - момент, развиваемый частью высокого давления турбины; М_тн - момент, развиваемый частью среднего и низкого давления турбины; М_т - полный момент турбины; Т_тв - постоянная времени парового объё­ма части высокого давления турбины; Г_пп - постоянная времени объёма пароперегревателя.

Переходные процессы в гидравлической турбине можно учесть урав­нением (1.83)

Т°~Т7~ ⁼ ~М_Т + Ц ном - v_ном. (1.83)

at

Здесь последний член учитывает гидравлический удар - временное изменение напора перед задвижкой в зависимости от скорости перемеще­ния задвижки; к_т - коэффициент, зависящий от конструкции, подводящей воду к турбине; Т₀ - постоянная времени объема воды в подводящей кон­струкции и турбине.

Для установившегося режима из приведенных уравнений следует

М_т=м_т0-^ М_тном, (1.84)

а

где М_т0 - уставка для системы регулирования скорости; величина про­порциональная р₀ из (1.81).

Зависимость (1.84) называется статической характеристикой момента регулируемой турбины. На рис. 1.23 статические характеристики момента турбины приведены для двух значений коэффициента неравномерности с.

со₀ со

Рис. 1.23. Статическая характеристика момента регулируемой турбины

со

Из-за того, что коэффициент неравномерности системы регулирова­ния скорости отличен от нуля (статическое регулирование), установившая­ся скорость турбины © может несколько отличаться от номинальной со ₀.

Для того чтобы устранить возникшее отклонение скорости Дсо = со-со₀,

необходимо дополнительное воздействие на регулятор скорости. Это воз­действие может исходить либо от диспетчера, либо от регулятора частоты (АРЧ), и осуществляется через специальный механизм. На рис. 1.21 к это­му механизму относится пружина 7, передаточный валик 8 и двигатель 9. Если увеличить несколько натяжение пружины, то это вызовет дополни­тельное открытие задвижки трубопровода, и тем самым можно устранить нежелательное снижение скорости и наоборот. Изменение натяжения пру­жины эквивалентно изменению ц₀ в системе уравнений (1.81) или М_т0 в

уравнении (1.84). При этом М_т0 (или \х ₀) нужно рассматривать как уставку для системы регулирования скорости. Изменение М_т0 приводит к смещению статической характеристики момента турбины параллельно са­мой себе (рис. 1.24).

Рис. 1.24. Смещение статических характеристик момента турбины при изменении уставки

Пусть исходный режим отвечал точке 0 на статической характери­стике момента турбины, занимающей положение 1. После того, как нагрузка генератора увеличилась на величину AM, новый режим отвечал бы точке 1 при прежнем положении статической характеристики. Однако под действием, например, регулятора частоты, стремящегося свести к ну­лю отклонение скорости от номинальной (астатическое регулирование), статическая характеристика момента турбины перемещается в положение

2. и новый режим будет соответствовать точке 2 при вновь установив­шейся номинальной скорости вращения.

Действие регулятора частоты, изменяющего уставку регулятора ско­рости, можно отразить следующим уравнением:

Асо

т ном •

^аАРЧ

(1.85)

Нужно отметить, что постоянная времени регулятора частоты Г_АРЧ велика. Благодаря этому регулятор частоты реагирует только на устойчи­вые отклонения скорости вращения ротора генератора и не оказывает за­метного влияния на кратковременные переходные процессы. Поэтому при рассмотрении статической, а также синхронной динамической устойчиво­сти действие регулятора частоты можно не учитывать.