книги из ГПНТБ / Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник

водит к уменьшению максимума угловой характеристики мощности и приближению угла б к пределу статической устойчивости (00°). С увеличением потребляемой реак­ тивной мощности ток статора возрастает. На рис. 2-8 видно, что при сохранении заданной величины актив­ ной мощности уменьше­ ние тока возбуждения до

//2 (Q = 0 и cos ср=1) при­ водит к уменьшению тока статора. При дальнейшем уменьшении тока возбуж­ дения генератор начинает потреблять реактивную мощность и реактивный ток из сети, вследствие чего ток статора снова увеличивается. В режиме работы с недовозбуждением появляется необхо­ димость контроля за на­ гревом торцевых пакетов активного железа стато­ ра, вызванным увеличе­ нием потерь в них. Эти обстоятельства наклады­ вают ограничения на осу­ ществление режимов с по­ треблением реактивной мощности.

Потреблению активной мощности из системы соот­ ветствуют квадранты III, IV на рис. 2-7. Это свойствен­ но синхронным двигателям и компенсаторам, которые могут работать с выдачей (IV квадрант) и с потребле- - нием реактивной мощности (III квадрант).

В последнее время в ряде энергосистем признано эко­ номически целесообразным в период ночных минимумов нагрузки не останавливать турбоагрегаты, а постепенно прекращая впуск пара, разгружать генератор и пере­ водить его в режим синхронного двигателя [Л. 14]. Для поддержания готовности турбины к новому циклу рабо­ ты последняя вентилируется впуском пара через отборы и уплотнения. Ток возбуждения генератора при таком режиме работы регулируется, исходя из необходимости либо выдавать, либо потреблять реактивную мощность.

3!

При потере возбуждения собственная э. д. с. генера­ тора, а вместе с ней и синхронный электромагнитный

момент EU sin б, уравновешивающий момент турбины,

обращаются в нуль. Частота вращения ротора генерато­ ра под воздействием турбины возрастает и контуры ро­ тора начинают пересекаться синхронно вращающимся магнитным потоком статора. В контурах ротора (в об­ щем случае это замкнутый контур обмотки возбуждения, контуры вихревых токов массивной бочки ротора, за­ мкнутые контуры успокоительных обмоток) наводятся

32

Реактивный ток при потере собственного возбуждения потребляется генератором из сети. Величина его не ре­ гулируется, так как зависит от величины напряжения на шинах, где включен генератор, и от собственного индук­ тивного сопротивления генератора. Поэтому уменьшить ток можно снижением активной составляющей тока ста­ тора, т. е. снижением активной нагрузки генератора.

Допустимость асинхронного режима синхронных гене­ раторов с косвенным охлаждением при заданной актив­

вующего значения тока за период скольжения) не дол­ жен превышать номинальный ток статора генератора более чем на 10%.

2. Потери в роторе в асинхронном режиме не долж­ ны превышать потери на возбуждение в нормальных эксплуатационных условиях

ность частот вращающегося магнитного потока пс и ротора, отнесенную к синхронной частоте вращения по­ тока «с-

3. Напряжение на кольцах ротора в асинхронном режиме не должно превосходить 75% величины испы­ тательного напряжения для изоляции обмотки ротора.

4. Асинхронный режим генератора не должен приво­ дить к снижению напряжения на шинах станции ниже допустимого значения и перегружать другие параллель­ но работающие генераторы реактивной мощностью.

Использование асинхронного режима для мощных генераторов с непосредственным охлаждением вызывает ряд дополнительных особенностей [Л. 8]. Повышение удельных нагрузок на таких машинах привело к сниже­ нию уставки повышения частоты вращения на автомате безопасности турбин. Переход генератора в асинхронный

34

йять мер для повышения быстродействия систем регу­ лирования турбин (например, применение устройств фор­ сированного закрытия регулирующих клапанов).

В асинхронном режиме турбогенераторов с непосред­ ственным охлаждением появляется быстрое нарастание температуры торцевых пакетов активной стали и других ферромагнитных конструктивных деталей из-за увеличе­ ния полей рассеяния в зонах лобовых частей статора. Нагревы указанных деталей требуют быстрого снижения нагрузки генератора в асинхронном режиме до 40% но­ минальной. Продолжительность работы таких генерато­ ров в асинхронном режиме допускается в пределах 30— 15 мин.

Большинство крупных генераторов с непосредствен­ ным охлаждением работают по блочным схемам гене­ ратор— трансформатор. Рабочий трансформатор с. н. в таких случаях подключен между генератором и транс­ форматором (см. рис. 8-12). В асинхронном режиме на­ пряжение на зажимах генератора снижается, следова­ тельно, снижается напряжение и на шинах с. н. По этой причине приходится с. н. блока при асинхронном режи­ ме генератора переводить на питание от резервного трансформатора с. н.

Тем не менее и для генераторов с непосредственным охлаждением обмоток целесообразно кратковременное использование асинхронного режима на время исправ­ ления неполадок в рабочей системе возбуждения или на время перевода генератора на резервное возбуждение, Это объясняется и существенным влиянием мощных генераторов на надежность работы системы и высокими затратами на останов и пуск блока.

Р е ж и м р а б о т ы г е н е р а т о р о в п р и н е с и м ­ м е т р и ч н ы х у с л о в и я х . Несимметричные условия работы трехфазных генераторов могут возникать как из-за несимметричной по фазам нагрузки (однофазная осветительная нагрузка, однофазная тяговая нагрузка, однофазные металлургические печи), так и из-за непол­ нофазных режимов (обрыв или отключение одной по­ врежденной фазы трансформатора в блоке и т. д.). Часто оказывается, что симметрирование токов или за­ труднено, или экономически не оправдано. Поэтому как для кратковременных, так и для длительных несиммет­ ричных режимов работы необходимо уметь определить допустимые условия работы генератора [Л. 9]. При не-

симметричных условиях работы возникают следующие неблагоприятные для генератора обстоятельства. Ток в одной или двух фазах может быть больше, чем допу­ стимый фазный ток. Несимметричные по фазам токи создают в воздушном зазоре не круговое, а эллиптиче­ ское магнитное поле с пространственно неподвижными центрами. Такое поле вызывает вибрацию в генераторе от неравномерных сил притяжения между ротором и статором и приводит к наведению в контурах ротора и его бочке токов двойной частоты. Потери от токов такой частоты могут быть значительными, так как с ростом частоты уменьшается глубина их проникновения в тол­ щу стали. Наибольший нагрев поверхностного слоя рото­ ра происходит при этом по торцам бочки, где на мень­ шей поверхности сходятся токи с поверхности ротора. Возможны местные дополнительные нагревы, обуслов­ ленные конструктивными особенностями ротора. Все эти обстоятельства должны учитываться при работе генера­ тора в несимметричных условиях. При задании нагрузки для синхронного генератора при несимметричных нагруз­ ках следует исходить из того, чтобы температура ни в одной части ротора не превосходила допустимой, что­ бы вибрация агрегата не превосходила допустимых пре­ делов и ток в наиболее нагруженной фазе статора не превышал номинального.

2-5. ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

В отличие от статической устойчивости, рассмотренной выше, динамическая устойчивость представляет собой способность системы восстанавливать исходное состоя­ ние (или близкое к исходному с изменениями, допусти­ мыми по условиям эксплуатации) после большого воз­ мущения. Под большими возмущениями в электрической системе могут пониматься явления коротких замыканий (к. з.), отключения мощных генераторов, отключения линий и т. п.

Для наглядного пояснения процессов, происходящих вследствие больших возмущений, удобно воспользовать­ ся угловыми характеристиками генератора. Для анализа статической устойчивости работы генератора такие ха­ рактеристики строились по выражению (2-11) с исполь­ зованием параметров установившегося режима генера-

36

тора Е и Ха- Однако эти параметры сами изменяются при больших возмущениях, поэтому для анализа дина­ мической устойчивости угловая характеристика генера­ тора должна строиться по параметрам, свойственным переходному процессу. В качестве таковых принимаются переходная э. д. с. Е' и переходное сопротивление х'а, которые можно считать неизменными в течение переход­ ного процесса, вызванного большими возмущениями в системе (подробнее о Е' и х'а будет сказано в § 4-4). При этом угловая характеристика генератора с учетом внешнего сопротивления связи е системой может быть выражена в виде

где применительно к схеме на рис. 2-11 xEHi= xT+ ^il|Xn2, если в работе обе линии, и хВн2= *т + *л1, если отключена Л2. Рассмотрим влияние больших возмущений (к. з. в точке К1, расположенной вблизи шин высокого напря­ жения; к. з. в середине линии Л2 и последующее отклю­ чение поврежденной линии) на поведение генератора и пути обеспечения его динамической устойчивости. Для наглядности на угловых характеристиках указано, по какой э. д. с. (переходная Е' или предельная £ Пр, полу­ ченная в результате форсировки возбуждения) и при каком внешнем сопротивлении они построены.

При трехфазном к. з. в точке К1 напряжение на ши­ нах станций упадет до нуля. В соответствии с этим упа­ дет до нуля и синхронный электромагнитный момент генератора. Равновесие моментов нарушится, угол б бу­ дет увеличиваться. Ускорение ротора генератора при этом определяется величиной момента турбины и меха­ нической постоянной времени агрегата Тj

Через промежуток времени tu когда угол станет рав­ ным боткл, поврежденный участок К1 отключается, вос­ становятся напряжение на шинах подстанции и элек­ тромагнитный' синхронный момент генератора. Но так как ротор приобрел запас кинетической энергии, угол б будет увеличиваться. Избыточная кинетическая энергия,

37

I f c o n s t

б) г)

Рис. 2-11. Схема передачи активной мощности от станции в систему по двум параллельным линиям передач и кривые, поясняющие со­ стояние динамической устойчивости при трехфазных коротких замы­ каниях в точках К1 и К2.

а — короткое замыкание в точке KI, форсировка возбуждения генератора не работает. Время отключения поврежденной цепи в этом и последующих слу­

ке К2. Линия Л2 отключается через время t,. Форсировка возбуждения генератора не работает. Генератор выходит из синхронизма; г — короткое за­ мыкание в точке К2. Линия Л2 отключается через U. Форсировка возбуждения генератора работает. Генератор сохраняет устойчивость параллельной работы.

38