книги из ГПНТБ / Поспелов, Г. Е. Энергетические системы учеб. пособие

до нуля и частота резко падает (кривые 4—6 и 5—7). Воз­ никает процесс лавины частоты. При этом двигатели и ге­ нераторы, оставшиеся в работе, резко затормаживаются. Двигатели начинают потреблять повышенную реактивную мощность, а генераторы не могут ее выдавать из-за сниже­ ния скорости вращения и уменьшения э. д. с. Происходит резкое понижение напряжения в сети.

Для предотвращения лавины частоты применяют специ­ альные меры (см. об этом в § 3.10), благодаря которым в энергосистемах Советского Союза ома практически ис­ ключена.

ЗА Первичное регулирование частоты

Внормальном режиме энергосистемы регулированию подлежат в основном отклонения частоты, обусловленные изменением состава и мощности потребителей. Эти изме­ нения мощности в течение суток составляют 20—50%. Весь­ ма валено знать максимальную скорость изменения нагруз­ ки. В современных энергосистемах она достигает 1,5% в минуту и 5— 15% в час.

Рис. 3.7. Характеристики регулятора скорости:

а — астатическая; б — статическая.

Для регулирования частоты турбины электростанций снабжают регуляторами скорости. Регулировочная способ­ ность турбин определяется характеристиками регуляторов скорости. Характеристики бывают астатические (рис. 3.7, а) и статические (рис. 3.7, б).

Принцип регулирования заключается в том, что при из­ менении частоты мощность турбины соответственно изменя­

50

ется так, чтобы восстановить прежнюю частоту. Так, на­ пример, при снижении частоты с /„до Д (см. рис. 3.7, б) происходит автоматический набор нагрузки с Р 0 до Р ѵ При дальнейшем снижении частоты мощность генератора будет расти до тех пор, пока не станет равной номинальной

р

1 пом*

Наклон характеристики выражают крутизной. С уве­ личением крутизны статическая характеристика превраща­ ется в астатическую, flpn малейшем отклонении частоты турбины с астатическими характеристиками могут наби­ рать сразу номинальную нагрузку, что обеспечивает быс­ трое регулирование. Однако при параллельной работе

нескольких генераторов астатические характеристики не­ пригодны, так как не обеспечивают однозначного устой­ чивого распределения нагрузки между станциями. По­ этому в энергосистемах применяют, как правило, турбины со статическими характеристиками.

Рассмотрим теперь процесс регулирования частоты, построив на одном чертеже характеристику регулятора скорости турбины Р г = ср (/) и частотную статическую ха­ рактеристику активной нагрузки потребителей Р„ — <р(/) (рис. 3.8). С допустимым приближением их можно считать

51

P n— P,.. Пусть теперь по какой-то причине (например, из-за уменьшения нагрузки одной из станций) частота уменьши­

Процесс изменения мощностей генераторов п потре­ бителей при отклонении частоты, стремящийся сохранить прежнее значение частоты, называют первичным регулирова­ нием.

Из рис. 3.8 следует важный практический вывод: при снижении частоты о полном дефиците мощностей нельзя судить только по увеличению мощности генераторов. Сле­ дует учитывать также изменение нагрузки потребителей по статі 1чески м хар актер истинам.

Если в момент снижения частоты на генераторах отсут­ ствует резерв мощности, то такое же уменьшение генериру­ емой мощности А Р приведет к большему снижению час­ тоты А /2 (рис. 3.9). При полном использовании мощности станций первичное регулирование частоты происходит только за счет изменения мощности потребителей.

Изменение частоты в процессе первичного регулирова­ ния зависит от крутизны частотных характеристик турбин и нагрузки. Под крутизной характеристики понимают отношение процентного изменения мощности к процент­ ному изменению частоты.

Для генераторов крутизна характеристики

А Р , . . А /

где

(3 .3 )

для нагрузки

А Р „ . А /

где

52

Крутизна статических характеристик нагрузки равна 1—2,5, что соответствует изменению нагрузки на 1—2,5% при изменении частоты на 1%. Крутизна характеристик регулирования турбин зависит от конструкции н настройки регулирующего устройства. Настройку можно менять, из­ меняя некоторые соотношения в кинематических связях регулирующего устройства. Обычно крутизну выбирают в пределах 25—50 для гидрогенераторов и 15—20 для тур­ богенераторов. При большей крутизне характеристика приближается к астатической, что может привести к не­ определенному распределению нагрузки между агрегата­ ми, а при меньшей крутизне генераторы будут малочув­ ствительны к изменению частоты.

Иногда вместо крутизны используют понятие стапшзма характеристики. Статпзм s есть величина, обратная кру­ тизне:

s = -^-, или (в процентах) s% =

Статизм характеристики нагрузки большой, а регуля­ торов скорости турбин малый.

Для регулирования частоты интересно знать совмещен­ ную характеристику регулирования для всей генерирующей части системы. Из формулы (3.3) для отдельных генераторов системы имеют место следующие равенства:

где п — число генераторов системы.

Из определения крутизны характеристики всей генери­ рующей части системы можно записать, что суммарное из­ менение нагрузки всех генераторов

53

где Р сцст — номинальная мощность всех генераторов си­ стемы .

Приравняв правые части формулы (3.5) и (3.6), найдем среднюю крутизну характеристики регулирования всех

Из выражения (3.7) видно, что крутизна /гг с зависит от состава включенных генераторов и величины резерва мощ­ ности. Если на части генераторов отсутствует резерв мощ­ ности (их кгі = 0), то это уменьшает крутизну /гг-с, п при росте нагрузки отклонение частоты будет больше.

Эффективность первичного регулирования частоты удоб­ но анализировать по крутизне результирующей частотной характеристики системы, которая учитывает как измене­ ние нагрузки по статическим характеристикам, так п изме­ нение мощностей всех генераторов в соответствии с их характеристиками регуляторов скорости. Крутизна совме­ щенной частотной характеристики системы показывает, на­ сколько изменится мощность потребителей и генераторов при изменении частоты на 1%:

54

10гидрогенераторов по 50 Мет

скг = 30. 10 турбогенераторов загружены до номинальной мощ­

55

3.5. Распределение нагрузки между генераторами нрн изменении частоты

Для выяснения связи между крутизной характеристик регуляторов скорости турбин, мощностями генераторов и распределением нагрузки между генераторами в процессе первичного регулирования частоты рассмотрим два случая.

1. Предположим, что мы имеем два генератора различ­ ной мощности, у которых крутизна характеристик регули­ рования одинакова: кп = кг1. В соответствии с определе­ ниями крутизны имеем

т. е. при отклонении частоты дополнительная нагрузка рас­ пределяется между генераторами прямо пропорционально их номинальным мощностям.

2. Рассмотрим теперь два генератора одинаковой мощ­ ности, у которых крутизна характеристик различна. Пусть

Дополнительная нагрузка при отклонении частоты рас­ пределяется прямо пропорционально крутизне частотных характеристик отдельных генераторов системы.

3.6. Определение дефицита мощности при отклонении частоты

Как уже указывалось, при отклонении частоты дефицит мощности в системе определяется суммарным изменением мощности генераторов и потребителей.

56

АР , для того чтобы восстановить частоту до номинальной. Из формулы (3.11) можно получить отклонение частоты,

которое произойдет в процессе первичного регулирвання при возникновении дефицита мощности А Р:

57

3.7. Определение частотных характеристик

Нахождение частотных характеристик генераторов, на­ грузки, системы расчетным путем сложно. Поэтому на прак­ тике в условиях эксплуатации энергосистемы их определя­ ют с помощью специальных экспериментальных измере­ ний.

Для вычисления крутизны характеристики регулятора скорости отдельного генератора необходимо изменять час­ тоту в системе и наблюдать при этом за изменением нагрузки данного генератора. Отношение приращения нагрузки к отклонению частоты даст величину крутизны. Этот опыт

Всем станциям системы, кроме одной, задают определен­ ную фиксированную нагрузку Р ф. Для того чтобы она не изменялась под действием регуляторов скорости при сниже­ нии частоты, устанавливают ограничители открытия энер­ гоносителя (рис. 3.11). Уменьшая мощность одной выбран­ ной крупной станции, ступенями снижают частоту, при этом для каждой ступени замечают изменение мощности станции. Поскольку в опыте мощности всех остальных стан-

58

цнй остаются неизменными, то изменение мощности регу­ лирующей станции будет показывать изменение мощности

= ф(/)-

Описанный опыт занимает определенное время, за ко­ торое происходит некоторое изменение нагрузки потреби­ телей в соответствии с суточным графиком нагрузки. По­ этому эксперимент целесообразно повторять несколько раз. Частоту в системе обычно изменяют от 51 до 49 гц.

Если во время опыта регуляторы напряжения оставлены введенными, что соответствует реальным условиям работы энергосистемы, то полученная крутизна статической харак­ теристики будет учитывать изменение нагрузки в зависи­ мости от изменения как частоты, так и напряжения:

Важно знать крутизну статической характеристики на­ грузки не только для всей энергосистемы в целом, но и для отдельных узлов нагрузки, чтобы предвидеть возможное изменение частоты в данном узле нагрузки при отделении его от основной части системы. Определение крутизны ха­ рактеристики узла нагрузки производят по результатам контроля за изменением перетока активной мощности между основной системой и этим узлом при снижении частоты в системе и установке ограничителей мощности на всех стан­ циях, кроме одной (рис. 3.12).

Следует отметить, что экспериментальное определение частотных характеристик связано с определенным риском и требует осторожности. Если во время опыта произойдет аварийный выход некоторой генерирующей мощности, то частота может резко снизиться, так как не будет происхо­ дить первичного регулирования частоты на генераторах из-за установки ограничителей мощности. Это равносильно отсутствию резерва на всех генераторах станций, когда крутизна их характеристик равна нулю.

При определении крутизны kz совмещенной характерис­ тики системы всем станциям, кроме одной, задают определен­ ную мощность, но ограничители мощности не устанавливают. Затем производят снижение частоты регулированием мощ­ ности одной крупной станции. При этом потребители изме­

59