2.10 Сурет. Қуат берілісінің сипаттамалары

Екі фазалы жерге қысқа тұйықталу режимінің электр берілісінің орын басу сұлбас қалыпты режим кезіндегі қысқа тұйықталудың орын басу сұлбасынан айырмашылығы тізбекте апаттық шунт кедергісі болады. Оның мәнін былай есептейміз:

мұндағы: кері тізбектігі толық кедергі.

Нөлдік тіркестің орын басу сұлбасы сурет 22-де келтірілген.

Нөлдік тіркес кезіндегі толық кедергі:

,

Екі фазалы жермен қысқа тұйықталу жүйесінің эквивалентті орын басу сұлбасы:

2.11. Сурет. Есептің берілген, апаттық және апаттан кейінгі режимдерінің орын басу сұлбалары

,

Апаттық шунттың бойымен өтетін тоқ:

Екінші бұтақтың тоғын есептейміз:

Осыдан екінші бұтақтың түсу кернеуі:

а нүктесіндегі кернеуі:

Осыдан бесінші бұтақтың тоғы:

Кирхгофтың I-заңына сәйке бірінші бұтақтың тоғын анықтаймыз:

Бірінші бұтақтың құлама кернеуі:

Берілетін станцияның ЭҚК.

Берілім станциясына тәуелді қысқа тұйықталудың сұлбасының өздік өткізгіштері:

Қысқа тұйықталу сұлбасының өзара өткізгіштері

Апаттық режимнен кейін, апаттық шунт кедергісі. Тізбектен ағытылады, соның есебінен электр беріліс кедергісі екі есе өседі.

2.12 Сурет. Бұрыштық сипаттамалар

Апаттық режимнен кеінгі толық кедергісі:

Апаттық режимнен кейінгі фазалық қысқа тұйықталудың толық кедергісі; (түзу тізбек үшін):

Кері тізбек үшін:

Әр түрлі режимдер үшін берілім станциясындағы генератордың электрлік қуатының мінездемесі:

,

Механикалық иін күші былай анықталынады:

∆М = М_т - М΄΄ = Т_Jd∆ω / dt,

мұндағы Т_J – генератор роторының инерциясын сипаттайтын коэффициент

2.16 Сурет. Жүйенің тез өзгермелі режимдерінің сипаттамалары

2.17 Сурет. Берілу қуаттарының сипаттамалары Электр жүйесінің динамикалық тұрақтылығы

Динамикалық тұрақтылықтың маңызына үрдіс мінездемесінің анализі және жүйенің бір режимнен екінші редимге өту кезіндегі шамалардың барлық немесе жартылай есептемелері, жиіліктің, тоқтың және режимнің басқа шамаларының өзгеруін анықтау жатады. Өтпелі үрдістердің ең ортақ зерттеу әдісі болып дифференциялдық теңдеу жүйелерінің сандық интегралдау әдісі болып табылады.

Динамикалық тұрақтылықты есептеудегі ықшамдалынған теңдеулер. Бұл теңдеулер жоғарыда айтылғандай эксплуатациялық есептемелер үшін, жобалау есептемелері және жүйенің даму болжаулары үшін қолданылады. Ықшамдалынған теңдеулерді есептеу кезінде жеңіл болу үшін, әрі болып жатқан құбылыстардың түсінікті болуы үшін қолданамыз.

Бірақ толық теңдеулердің ықшамдалынған теңдеуге өту кезінде болып жатқан құбылыстардың физикасы белгілі бір бұрмалаумен көрстеіледі. Ықшамдауды таңдаған кезде ол шығатын нәтиженің сандық, яғни көлемдік және мазмұндық жағынан елеулі әсер етпеуі қажет, сондықтан динамикалық тұрақтылықтың негізгі себебі – режимнің жылдам өзгеруі немесе үлкен мөлшерлі бұзылулары болып келеді.Олар жүйе жағдайының елеулі өзгерістерін білдіреді, яғни ондай өзгерістер оның сұлбасында, жұмыс істейтін элементтер санында немесе олардың режимінде кездеседі. Олар генераторларда берілетін, тұтынушылармен қабылданатын немесе жүйелердің жеке элементтерінен берілетін қуаттың елеулі өзгерістеріне әкледі.

Қуаттың өзгеруі электрлік жүйедегі болып жатқан барлық үрдістер кезінде тез арада жүзеге асырылмайды. Себебі олар жүйенің жеке элементтеріндегі механикалық қорымен электромагниттік энергияның өзгеруімен байланысты. Бірақ электромагнитті үрдістерді ықшамдалған теңдеулер арқылы қарастырған кезде көбіне электромагниттік және жүйе сұлбаларының өзгері кезінде, қандай да бір элементті ағытқанда, жүктемені немесе қысқа тұйықталуды қосқанда пайда болған механикалық үрдістердің активті электрлік қуаттың жылдам өзгеруіне еш бөгеті жоқ деп қарастырылады.

Электр жүйесінің динамикалық тұрақтылығы жөнінде түсініктемелер.

Электр жүйелерінің элементтерінің нақты динамикалық мінездемелерін статикалық мінездемелермен ауыстыру және де динамикалық электр жүйелерін позициялық жүйедеп қарастырады. Позициялық жүйе деп, мынадай жүйе түсіндіріледі, оларда режим шамалары жүйенің берілген қалпы бойынша қарастырылатын және қалыпты режимге қалай жеткеніне байланысты емес элементтерінің өзара қатынасын айтады.

Динамикалық мінездемелер деп режим шамаларының өзара байланысын және жүйе шамалары уақытқа тәуелді болғанда алынатын мінездемелерді айтады:

(2.17)

Динамикалық мінездемелер динамикалық жүйелерді сипаттайды. Позициялық үйелерді сипаттау үшін статикалық мінездемелер болса, болды.

Бірінші ағытылу уақыты кезінде δ бұрышы тұрақты болып қалады δ=δ₀, себебі генератордың ЭҚК-і қабылданған жүйенің кернеу векторымен салыстырғанда U (2.6 – сурет) тек генератор роторының жиілігі өзгергенде ғана жылжиды.

2.6- cурет. Динамикалық тұрақтылықты сараптаудың берілген сұлбасы

Сол себебті, тізбектің бірінші ағытылу уақыттынан кейін генератордың жұмыс режимі өзгереді, өзгеріс I-ші мінездемедегі «а» нүктесінен П –ші мінездемедегі «в» нүктесіне ауысуыменсипатталады, ол кезде генератор қуаты кенеттен төмендейді. Турбнаның қуаты ол ккезде өзгеріссіз болады және оның шамасы Р₀- ге тең, себебі турбинаның жылдамдығын реттегіштер агрегаттың айналу жиілігінің өзгеруіне байланысты, ол тізбекті ағыту кезінде өзінің қалыпты шамасын сақтайды (ω₀), немесе Р_т = const.

Қуаттардың тепе-тең еместігі турбинаның және генератордың валына асқын иін күштерді қоздырады, соның әсерінен турбина-генератор агрегатының айналу жылдамдықтары үдейді.

Генератордың роторымен байланысты ЭҚК векторы (бұрыштық жылдамдықпен - ω) қабылданған жүйенің кернеу векторының U өзгер-мейтін жылдамдығымен (ω₀) салыстырғанда жылдам айнала бастайды.

Қарапайым жағдайда генератордың қозғалу (реттегіш құрылғылардың демперін есепке алмағанда) теңдеуі мына түрде жазылады:

∆М = М_т – М_э¹¹ = Tj*(d∆ω/∆t); (3.18)

мұнда Tj- инерция тұрақтылығы; ∆ω=ω–ω₀- генератор роторының салыстырмалы айналу жылдамдығы.

Сондықтан, асқын иін күші (∆М) салыстырмалы айналу жылдамдығының (∆ω) пайда болуына әкеледі, олардың өзгеру графигі 5.3 суретінде келтірілген, осының салдарынан бұрыштың δ өсуіне себебін тигізеді. П-ші жаңа мінездемеде жұмыстық нүкте «в» нүктесінен «с»нүктесіне ауысқанда генератордың қуаты П –ші мінездемеде көрсетілгендей өсе бастайды. Асқын иін күші осы аралықта төмендегенменде, өзінің таңбасын сақтайды.

2.7- cурет. Орын басу сұлбасы

Электрлік қуаттың тез арада өзгеруі дегеніміз – тоқтың апериодтық буындары және барлық элементтермен электрлік жүйенің синхронды генераторларындағы кернеулерден бас тарту дегенді білдіреді.

Аппараттық шунты бар симметриялық емес режимді есептегенде қарастырылып отырған жүйенің комплекстік алмастыру сұлбасын құрастырамыз.

2.8 - сурет. Салыстырмалы айналу жылдамдығының өзгеру графигі

(М_т – М_э = ∆М > 0) болғандықтан салыстырмалы айналу жылдамды-ғы үздіксіз өседі. «с» нүктесінде иін күштердің тепе-теңдігі туады (∆М =0), бірақта инерция күшінен (∆ω = max) генератордың роторы салыстыр-малы түрде алға қозғала береді, (М_т – М_э)<0 болғандағы асқын тежеу иін күшінің әсерінен өзінің генератор роторының айналу жылдамдығы баяулайды, және «d» нүктесінде нөлге тең болады. «d» нүктесінде ЭҚК-і векторы кернеу U векторының бұрыштық жылдамдығындай айналады, соның себебіненолардың арасындағы бұрыш δ өзінің максимал мәніне δ_m жеткеннен кейін өспейді (∆ω =0). Осы нүктеде генератор қуаты (Р_эл) турбина қуатынан (Р_т) үлкен болғандықтан, асқын тежеу иін күштерінің әсерінен айналу жиілігі өсуін жалғастыра береді, ал салыстырмалы жылдамдық (∆ω )теріс таңбада болады (2.9 - сурет), ол кзде бұрыш δ төмендейді. Қуаттар мінездемесінде бұл үрдістер кері бағытта өтеді, «с» нүктесі. Бұл нүктені ротор инерцияның әсерінен өтеді және «в» нүктесі маңайында бұрыш өзінің жаңа минимал мәніне ие болады, содан кейін қайтып өсе бастайды. Бірнеше біртіндеп өше беретін үрдістерден кейін «с» нүктесінде жаңа тұрақтандырылған бұрынғы берілім қуаты шамасындағы режим пайда болады, бірақ жаңа бұрышпен δ_уст. Бұрыштың уақытқа тәуелді тербелу графигі 5.4 суретінде келтірілген.

2.9- сурет. Бұрыштың уақыттқа тәуелді тербеліс графигі

Үрдістің басқа да түрі болуы мүмкін. Ротордың тежелуі «с» нүктесінен басталады, салыстырмалы жылдамдықтың ∆ω баяулауына әкеледі. Бірақта фазаның бұл үрдісінде бұрыш ұлғая береді, егер ол бұрыштың критикалық δ_кр мәніне «с» нүктесінде жеткенде салыстырмалы жылдамдық ∆ω нөлге жетеді, ∆ω=0, мәшинаның авлындағы асқын иін күші қайта үдемелі болады (М_т – М_э = ∆М > 0). Бұл дегеніміз, ∆ω және δ асқын иін күшін өсіре отырып, тез өседі, генератор синхронизмнен шығады. Бұндай тұрақтылықтың бұзылу мінездемесі – динамикалық деп аталады.

Жүйенің үлкен өзгерістерден кейін немесе берілген шамаларға жуық мәндерге қайта орнына келуі динамикалық тұрақтылық деп аталады. [I].

Негізгі жіберілімдер

Синхронды динамикалық тұрақтылықтарды зерттеудің сарапта-малары және әдістемелері негізінен мынандай жіберілімдерге негізделген:

1. Электрлік жүйелердегі барлық үрдістерде қуаттар өзгерісі кенет-тен болмайды, себебі олар жүйенің жеке элемпенттерінің механикалық және электрмагниттік энергиялар қорларымен байланысты.

Бірақта қысқаша түрде электрмагниттік үрдістер электрмагниттік актив қуаттардың кенеттен өсуіне бөгет болмайды деп есептеуге болады. Түсінікті болуы үшін: қысқа тұйықталу кездерінде статор тізбегінде қысқа тұйықталудың екі құрамасы болатыны бұрынан белгілі, біреуі өшетін апериодтық және өте баяу өшетін периодтық құрамалар. Қысқа тұйық-талудың апериодтық құрамасы мәшинаның тербелісіне әсерін тигізбейді және олар өшкеннен кейін есепке алмауға да болады. Кейбір жағдайларда қысқа тұйықталудың апериодтық құрамаларынан пайда болатын статор реакциясының магниттік ағыны статормен салыстырғанда қозғалмайды және ротормен бірге айналатын қоздыру тогымен байланыса отырып пульстік мінездемедегі айналмалы орта белгідегі мәні нөлге жақын және тез өшетін иін күшін тудырады.

Қысқа тұйықталудың апериодтық құрамасын алып тастай отырып, қосынды магниттік ағындар сатылы өзгереді деп қарастыруға болады.

2. Барлық есептеулердегі симметриялы емес режимдер симметрияға келтірілген апаттық шунты бар ∆Х кешенді орын басу сұлбаларымен жүргізіледі [4]. Есептеулер кезінде ротордың қозғалысының өзгерісі тікелей берілістегі токтардан пайда болатын иін күштердің әсерлерінен деп қарастыруға болады.

3. Өтпелі үрдістердің қарапайым есептеулері қоздыру орамының уақытқа тәуелді бойлық өсі бойынша қортынды ағынберілістері тұрақты деп, қарастырылады (Eq=const).

Бұған себеп электрмагниттік инерция заңы, оған сай синхронды мәшинеде қоздыру орамымен тығыз байланыстағы қорытынды ағын-берілісі тізбектегі өзгерітер кезінде тұрақты болып қалады (ψ_рез= const) немесе ары қарай өзгеріс өте баяу жүреді.

Электрмагниттік өтпелі үрдістер курсынан белгілі, қоздыру орамының толық ағынберілісі мынаған тең:

ψ_рез= i_fx_f – I_dx_ad, (2.19)

мұнда i_fx_f – қоздыру орамының тогы және кедергісі; I_d – статордың бойлық құрамасы; x_ad – статор реакциясының индуктивті кедергісі.

Кенеттен генератор жұмысы бұзылғанда ток стаылы өзгереді. Бір мезетте сатылы өзгеріс қоздыру i_f тогынанда өтеді, қортынды ағынберілісі ψ_рез өзгеріссіз қалады.

Генератордың бос жүріс кезіндегі ЭҚК-і E_q қорытынды ағын ψ_рез берілісіне пропорционалды және өзгермейтін болғандықтан кез-келген коммутация мезетінде ары қарай баяу өзгереді.

4. Қаныққан болаттарыдың болуынан генераторлар мен трансфор-маторлардың кедергілерінің өзгеруі динамикалық тұрақтылықты есептеу кездерінде ескерілмейді.

Аудандар ережесі. Динамикалық тұрақтылықтың критерилері

2.9- суретінде көрсетілген жүйе режимінің тез өзгерісі (сәйкес сұлбаның І-ші мінездемесінен ІІ-ші мінездемесіне өту), жүйенің әрбір генераторының валындағы электрмагниттік иін күштерді өзгеруге әкеледі М_э¹¹ = М_т, М_э¹¹<>М_т (сур. 5.3).

Турбинаның үдеткіш иін күші мен генератордың тежегіш иін күш-тері арасындағы теңсіздіктің пайда болуынан (∆М=М_т–М_э¹¹) генератор өзінің салыстырмалы жылдамдығын өзгерте бастайды.

Салыстырмалы ротор қозғалысы мен жұмысын қарастыра отырып, ротордың шексіз өте аз бұрышқа ∆δ жылжуын, асқын иін күші қарапайым жұмысын мынаған тең ∆Мdδ = А деп қабылдайды.

Ротор айналымының жиілігінің өзгерісіне тәуелді шығындар болмағанда, барлық бұл жұмыстар ротордың кинетикалық энергиясының өзгерісіне жұмсалады.

Қарастырылып отырған жағдайда асқын иін күш бастапқысында ротордың аналысын үдетеді және үдету кезіндегі ротордың қозғалысы δ₀ ден δ_уст –қа өзгергендегі жұмыс былай анықталынады:

А_уст = ∆M∆δ = ∆Pdδ = f _abc , (2.20)

мұнда f _abc –2.9 - суретінде көрсетілген штрихталған abc ауданы.

Ротордың үдету кезінде қорланған кинетикалық энергиясы f_abc ауданына тең. Бұл аудандарды үдету ауданы деп атайды.

Одан кейін ротор өзінің тұрақталған нүктесінен өткеннен кейін («с» нүктесі), асқын иін күші өзінің таңбасын өзгертеді және ротор айнылысын тежейді. Ротордың бұрышы δ_уст - дан δ_m – қа өзгерген кездегі кинетикалық энергияның өзгерісі мына формуламаен анықталынады:

А_торм = ∆M∆δ = ∆Pdδ = f _cde , (2.21)

f _cde ауданы – тежеу ауданы деп аталады. Тежеу кезінде ротор қор ғып жинаған асқын кинетикалық энергияны қайта береді. Барлық қор ғып жинаған ротордың кинетикалық энергиясы толығымен жұмсалғанда немесе тежеу кезіндегі жұмыс А_торм жұмысты тұрақтандырғында А_уск, салыстырмалы жылдамдық нөлге тең болады (∆ω=0), себебі кинетикалық энергия жылдамдық квадратына пропорционалды болғандықтан.

Бұл кезде ротор өзінің салыстырмалы қозғалысында тоқталады, бұрыш δ_m максимал болады. Сондықтан, үдету және тежеу аудандарының тең болуынан (f_abc= f _cde) негізгі шаманы δ_m анықтауға болады.

Сондай-ақ, динамикалық тұрақтылықты зерттеу кезінде максимал бұрышты δ_m анықтау үшін, графикалық тұрғызылуларға жүгінеді, немесе аудан әдістемесіне.

Егер, үдету ауданы f_abc тежеу ауданынан f _cde үлкен және бұрыш δ үдету үрдісі кезінде өзінің критикалық δ_кр мәніне жеткен болса, онда жүйе синхрондық режимнен шығады. Энергожүйелер мен шексіз қуаттар шинасында стансаның асинхронды жүрістің пайда болуы «с′» нүктесіне жеткеннен кейін синхрондық режимнен шығуына байланысты.

I-ші мінездемеден II-ші мінездемеге тұрақты өтуі мына жағдайда өтеді, ротор тербелісі өзінің критикалық жағдайына жетпегенде(нүкте с′), немесе тежеу ауданы f _cdс′ үдету ауданынан f_abc асып кеткенде.

∆f = f _cdс′ - f_abc, (2.22)

5.6 өрнегі динамикалық тұрақтылықтың критериі болып табылады, сондықтан ∆f таңбасына қарап, өтпелі үрдістің тұрақты немесе тұрақты еместігін білуге болады.

Тежеу ауданының үдету ауданына қатынасы мөлшерлік динамикалық тұрақтылық қоры немесе тұрақтылықтың қор (қосымша) коэффициенті деп аталады.

К=f_{возмторм}/f_уск=(f_уск+∆f)/f_уск=1+∆f/f_уск, (2.28)