1.4. Ненормальные режимы

П ерегрузка оборудования, вызванная сверхтоком, т.е. увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток I, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной теплоты температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что приводит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей. Время t_Д допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их значения. Характер этой зависимости, определяемой конструкцией оборудования и типом изоляционных материалов, приведен на рис.1.9. Причиной сверхтока может быть увеличение нагрузки или появление КЗ за пределами защищаемого элемента (внешнее КЗ). Для предупреждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к его разгрузке или отключению в пределах времени t_Д.

Повышение напряжения сверх допустимого значения может возникнуть на гидрогенераторах, а также на турбогенераторах большой мощности, работающих по схеме блока, при внезапном отключении их от сети. Для предотвращения повреждения оборудования предусматривается РЗ, действующая на гашение поля генератора.

Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения может возникнуть также при одностороннем отключении или включении длинных ЛЭП высокого напряжения (ВН) с большой емкостной проводимостью. Ликвидация опасных повышений напряжения в сетях сверхвысокого напряжения осуществляется с помощью специальной автоматики.

Качания возникают при нарушении синхронной работы генераторов электростанций ЭЭС. Для пояснения процесса качаний рассмотрим упрощенную схему ЭЭС с двумя электростанциями А и В (рис.1.10, а). В режиме нормальной синхронной работы электростанций А и В электрические частоты вращения векторов ЭДС Е_А и Е_В одинаковы: _А=_В==2π (рис.1.10, б). При отсутствии нагрузки и равенстве по значению и фазе ЭДС Е_А=Е_В=Е_С ток в межсистемной ЛЭП отсутствует (рис.1.10, а). В случае нарушения синхронизма, когда, например, _А>_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 Iу=ΔE/(X_A+X_W+X_B). Разность ЭДС ΔE будет изменяться с изменением угла δ (рис.1.10, б). При δ=0, ΔE=0, при δ=180° ΔE=2Е. При дальнейшем нарастании угла δ ЭДС ΔE начнет уменьшаться и станет равной нулю, когда δ достигнет 360° (или δ=0). При повторном цикле увеличения δ процесс изменения ΔE повторяется вновь. Колебания значения ΔE вызывают соответствующие колебания (качания) значения тока Iу и напряжений U_A и U_B, как показано на рис.1.10, в.

Напряжение снижается от нормального до некоторого минимального значения, имеющего разное значение в разных точках сети (рис.1.10, 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 качания К_Ц к источникам питания А и В. Возрастание тока вызывает нагревание оборудования, а уменьшение напряжения н арушает работу всех потребителей ЭЭС. Качание – очень опасный ненормальный режим, отражающийся на работе всей ЭЭС.

Рис.1.10. К пояснению действия релейной защиты при качаниях:

а — схема энергосистемы; б — векторная диаграмма при наличии между ЭДС угла δ; в — диаграмма изменения токов и напряжений; г — определение положения центра качаний К_Ц

По характеру изменения тока и напряжения (рис.1.10, 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 [например, при отключении автомата гашения поля (АГП)]. При работе в асинхронном режиме увеличивается частота вращения генератора и возникает пульсация тока статора. Для генераторов некоторых типов 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.