Динамическая устойчивость двигателей нагрузки

Двигатели нагрузки при больших возмущениях оказывают влияние не только на режим ее работы, но и на функционирование системы, питающей нагрузку. Можно выделить два типа возмуще­ний, характерных для систем электроснабжения:

• снижение напряжения на зажимах двигателя, вызванное:

• коротким замыканием в распределительной сети;

• кратковременным прекращением питания двигателей;

• пуском двигателей.

Динамическая устойчивость при к.З. На линии

Наиболее распространенным видом возмущений, приводящим К необходимости анализа динамической устойчивости, является короткое замыкание. Рассмотрим общий случай несимметричного КЗ в начале линии L2 (точка К1 на рисунке 11.1, а). Схема замещения системы для режима короткого замыкания показана на рисунке 11.1, б. В точке К1 включено шунтирующее сопротивление КЗ со­стоящее из суммарных сопротивлений и обратной и нулевой последовательностей, определенное по тем же правилам, что и для расчета токов несимметричного КЗ (см. разд. 5). После возникновения КЗ мощность, передаваемая от генератора в систе­му, изменится, как и суммарное сопротивление , связывающее генератор с системой. Это сопротивление может быть найдено из схемы замещения (рисунок 11.1, б) следующим образом:

Сопротивления х_Σ2 и х_Σ3 находятся по аналогичным выражениям преобразования звезды в треугольник, но они не влияют на значение мощности генератора в аварийном режиме и могут не учитываться. Подставив сопротивление х_Σ1 в выражение характеристики мощно­сти, получим синусоиду, лежащую ниже характеристик нор­мального и послеаварийного режимов. Это объясняется увеличени­ем сопротивления х_Σ1.

Рисунок 11.1. Короткое замыкание в простейшей системе: Принципиальная схема;

Мероприятия по улучшению устойчивости электрических систем

Повысить уровень устойчивости электрической системы можно изменением параметров ее элементов, параметров ее режима или введением дополнительных устройств. При этом необходимо учи­тывать следующие условия и ограничения:

• изменение параметров основных элементов не должно приводить к ухудшению нормального режима работы системы и его экономичности;

• применение устройства для улучшения устойчивости должно сопровождаться сопоставлением его стоимости и ущерба от нару­шения того вида устойчивости, для которого оно предназначено. При выборе мероприятия по повышению устойчивости необходима технико-экономическая оценка предлагаемого варианта.

Мероприятия, основанные на улучшении параметров элементов электрической системы

Трансформаторы. Параметры трансформаторов (сопротивле­ния, намагничивающий ток и т.д.) не оказывают существенного влияния на устойчивость электрических систем.

Выключатели. Быстрое отключение КЗ имеет решающее зна­мение для улучшения динамической устойчивости. Время отклю­чения КЗ складывается из собственного времени выключателя t_в и Іремени действия релейной защиты: Современные воздушные выключатели имеют собственное время (с момента подачи импульса от защиты на катушку соленои­да до расхождения контактов и погасания дуги) в пределах 0,06...0.08 с. Быстродействующая релейная защита срабатывает за 0.02...0.04 с. Следовательно, время отключения КЗ должно приниматься равным 0.1...0.12 с. Возможно, в дальнейшем это время сократится до 0.05...0.08 с, но в этом случае надо тщательно проверять влияние переходных процессов на действие релейной защиты.

Индуктивное сопротивление линии может быть снижено рас­щеплением проводов, применяемым с целью уменьшения потерь на корону. Расщепление фазы на три провода (ВЛ 500 кВ) умень­шает реактивное сопротивление линии на 25...30 %. Уменьшить индуктивное сопротивлении линии можно, приме­няя продольную (емкостную) компенсацию реактивного сопротив­ления ВЛ, которая осуществляется последовательным включением в линию статических конденсаторов. При этом эквивалентное со­противление линии (без учета распределенности параметров) оп­ределится как

Чем больше сопротивление конденсаторов х_с тем выше сте­пень компенсации параметров линии и, следовательно, выше пре­дел передаваемой мощности электропередачи, в состав которой входит компенсированная линия. Для повышения пропускной спо­собности дальних электропередач применяются промежуточные синхронные компенсаторы и управляемые конденсаторы. В системах электроснабжения продольная емкостная компен­сация применяется на мощных токопроводах, уменьшая падение напряжения и повышая устойчивость двигателей нагрузки.

Электрическое торможение генераторов используется для повышения устойчивости при симметричных КЗ. Генератор, ротор которого ускоряется из-за какого-либо возмущения, тормозится активными сопротивлениями, включаемыми последовательно или параллельно (рисунок 11.2). Наиболее эффективно параллельное вклю­чение сопротивления.

Регулирование турбин. Небаланс мощности, возникающий при возмущении генератора, может быть уменьшен или полностью скомпенсирован снижением мощности турбины. Если бы регуля­торы турбины были безынерционны, т.е. могли мгновенно реаги­ровать на изменение электрической мощности, соответственно меняя механическую мощность, то возможность нарушения дина­мической устойчивости была бы исключена. Однако обычные ре­гуляторы турбин являются инерционными системами со значительной зоной нечувствительности. При качаниях генераторов они не реагируют на изменения скорости. Кроме того, необходимо иметь в виду, что быстрое прекращение впуска энергоносителя приводит к гидравлическому удару (в случае гидротурбины) или расширению пара в объемах между регулирующим клапаном и первым рядом сопел паровой турбины. Эти явления вызывают до­полнительное механическое усилие в системе регулирования. Большими возможностями регулирования обладают газовые турбины, у которых удается быстро изменять механическую мощ­ность при синхронных качаниях генераторов.

Рис 11.2. Электрическое торможение генераторов.