книги из ГПНТБ / Пивоваров В.А. Проектирование и расчет систем регулирования гидротурбин

Частотные характеристики неизменяемой части этой системы L„ (со) и фн (со) показаны на рис. 127 (кривые 1). Вначале предпо­ ложим, что Td — 0. В этом случае устойчивость системы дости­ гается за счет соответствующего выбора величины Тх. Для данных условий Тх = 10 с (кривые 2), т. е. требуется установить чрезвы­ чайно медленно действующий сервомотор. Интересно отметить, что при этих же условиях, но когда еп^ 0, система не может быть стабилизирована ни при каких конечных значениях постоянной времени Тх.

Рис. 127. Частотные характеристики неизменяемой части (/) и системы регулирования (2—5) при различных значениях постоянной времени интегрирования сервомотора (---------

амплитудные,------------фазовые)

Рассмотрим теперь реальные значения Тх. Пусть Тх = 0,1 с и система стабилизирована изодромной коррекцией с параметрами T d = 5 с и 0,4 (кривые 3). При этом получено значение Т 0 =

TdTx

Тх+ Ь{Гі = 0,24 с; эта величина практически не оказывает влия­

ния на фазовую характеристику в области частоты среза сос. Далее, увеличим значение Тх до Тх = 1,2 с. В результате полу­

чим характеристики 4, которые имеют меньшие запасы по фазе' и амплитуде, т. е. для данных конкретных условий увеличение Тх сопровождается ухудшением устойчивости замкнутой системы. Однако это ухудшение будет наблюдаться до некоторых значений Тх, начиная с которых дальнейшее увеличение Тх сопровождается улучшением условий устойчивости. Это видно из сравнения харак­ теристик 4 и 5. Последняя соответствует Тх = 5 с.

Представляет интерес оценить влияние Тх цри больших значе­ ниях параметров изодрома. Допустим, что Td = 10 с, bt = 1,0 и Тх = 0,1 с. В этом случае Г 0 0,1 с. Если увеличить Тх до Тх =

= 1 с, то коэффициент усиления системы изменится незначительно,

Таким образом, при больших значениях параметров изодром­ ной обратной связи увеличение Тх ухудшает устойчивость замкну­ той системы в большей степени, чем при малых значениях Td и bt. Конечно, в каждом конкретном случае степень ухудшения устой­ чивости будет зависеть от соотношения параметров Та, Тю, еп, а также Td и bt, но в реальных условиях (имеются в виду реальные

с двойной амплитудой по скорости 0,6%, а по открытию 5%. Обработка осциллограммы показала, что в данном случае Тх — = 1',0 -т-1,1 с, в то время как, согласно рис. 113, при смещении зо­ лотника свыше 0,5 мм величина 7^^ = 0,1 с. Значение коэффициента усиления от чувствительного элемента до главного золотника было установлено 8 мм/ %.

Приведенная копия осциллограммы подтверждает выводы, сде­ ланные на основании теоретического анализа. Поскольку при за­ данном значении коэффициента усиления до главного золотника и малых смещениях последнего величина Тх определяется величи­ ной положительных перекрытий у золотника, то необходимо по возможности изготавливать золотники с меньшими перекрытиями.

Для практики проектирования регуляторов скорости важно провести количественную оценку значений Тх, при которых могут

276

быть выбраны оптимальные уставки изодрома. В гл. 4 было пока­

— 0,4 ч-0,6 рад/с. Следовательно, чтобы постоянная времени Тх не оказывала влияния на фазовую характеристику разомкнутой системы в области соС) необходимо выполнить условие:

Запись сделана при рабо­ те гидроагрегата под нагрузкой в мощную энергосистему после

подачи сигнала на вход регулятора. Уставки изодрома: Td = 8 с, bt — 1,0, а Тх = 0,07 с. В данном случае неустойчивость внутрен­ него регулирующего контура из-за насыщения в главном золот­ нике вызвала типичные автоколебания в системе, содержащей не­ линейное звено. При уменьшении bt или при увеличении Тх коле­ бания прекращались. Из осциллограммы видно, что поршень сервомотора перемещался в направлении, соответствующем подан­ ному на вход регулятора сигналу.

Таким образом, постоянная времени сервомотора Тх оказывает сложное влияние на работу регулятора: уменьшение Тх сопровож­ дается улучшением устойчивости замкнутой системы регулирова­ ния и ухудшением устойчивости внутреннего регулирующего кон­ тура. Поэтому при проектировании регулятора необходимо выбрать оптимальное для данных условий значение Тх и до минимума сни­ зить мертвую зону по ходу главного золотника с тем, чтобы

277

практически исключить возможность возникновения колебаний в замкнутой системе. Одновременно это приводит к увеличению чувствительности регулятора.

48. Анализ частотных характеристик

Из рис. 62, б следует, что усилие, действующее на сервомотор направляющего аппарата, зависит от открытия. С целью оценки влияния на работу регулятора скорости указанного фактора на турбине Братской ГЭС были сняты частотные характеристики регулятора при различных открытиях направляющего аппарата,

Рис. 130. Экспериментальные частотные характеристики регулятора типа ЭГР гидротурбины Братской ГЭС при

различных открытиях направляющего аппарата: •

/ _ N = 50 МВт; 2 — N = 150 МВт; 3 — N = 220 МВт

соответствующих мощности гидроагрегата 50, 150 и 220 МВт. Частота в энергосистеме сохранялась постоянной.

На рис. 130 приведены эти характеристики, которые показы­ вают, что в существенном диапазоне частот (до со 2 рад/с) нагрузка на сервомотор практически не оказывает влияния на амплитудную и фазовую частотные характеристики регулятора. Это дает осно­ вание сделать вывод, что при расчете динамики системы регулиро­ вания влиянием переменного усилия, действующего на сервомотор направляющего аппарата, можно пренебречь.

Однако, если рассматривать вопрос о мертвой зоне регулятора, то здесь дело меняется, так как гидравлический момент, действую­ щий на направляющий аппарат, определяет величину сил сухого

27S

трения, преодолеваемых поршнем сервомотора. А величина мерт­ вой зоны по ходу главного золотника, как это следует из формулы (3.90), находится в прямой зависимости от силы сухого трения. Следовательно, максимальная мертвая зона по ходу золотника будет иметь место при открытии, соответствующем максималь­ ному гидравлическому моменту, действующему на направляющий аппарат. ,

В гл. 4 при выводе передаточной функции гидроагрегата с по­ воротнолопастной турбиной впервые была учтена постоянная вре­

рис. 131. Разность между характеристиками (1) и (2) определяет инерционность следящей системы рабочего колеса (кривая 3).

что в существенном диапазоне частот расчетная фазовая характе­ ристика хорошо согласуется с экспериментальной.

В заключение проведем анализ частотных характеристик ги­ дроагрегата при постоянной скорости Way (ісо). Иногда в техниче­ ской литературе по регулированию гидротурбин Way (іа) отожде­ ствляются с частотными характеристиками гидротурбины при постоянной скорости Wty (іа). Такое отождествление нельзя при­ знать правомерным.

279

Отличие этих характеристик состоит в том, что выходной вели­ чиной для Way (гео) является амплитуда колебаний активной мощ­ ности генератора Р, а для Wty (iw) — амплитуда колебаний мо­ мента турбины на ее валу тіц. Хотя в установившихся режимах относительные величины Р и т/у примерно равны, но в динамике на величину Р по сравнению с т1у оказывают влияние некоторые дополнительные факторы. Так, согласно выражению (4.41), вид амплитудных и фазовых частотных характеристик Wty (ш) опре­ деляется только параметрами гидротурбины и ее напорного тракта, а вид характеристик Way (iw), кроме этого, зависит от таких фак­

торов, как механическая посто­ янная времени генератора, дей­ ствие регулятора возбуждения, а также импеданс связи гене­ ратора с энергосистемой. По­ этому в общем виде можно за­ писать

вые 4), построенные по выражению (4.41) для условий, при кото­ рых снимались характеристики (2), показанные на этом же ри­ сунке. В логарифмическом масштабе разности между характери­ стиками (2) и (4) представляют собой амплитудную и фазовую

Параметры этого звена, полученные из частотных характери­ стик, равны: Т = 0,5 с, Z — 0,6.

Однако подобный анализ не всегда удается провести с доста­ точно четким обоснованием. В качестве примера на рис. 132 пока­ заны частотные характеристики, снятые на агрегате Братской ГЭС при открытии, соответствующем мощности N = 220 МВт. Как видно, начиная с частоты со = 0,8 рад/с, наблюдается резкое уве­ личение усиления до 12 дБ (при со = 6,4 рад/с). Такой подъем амплитудной характеристики невозможно объяснить явлением гидравлического удара. Все попытки выделить из этих характери­ стик колебательное и инерционное звенья также не дали положи­ тельных результатов. Можно предположить, что частота со =

280

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

определение частотных характеристик автоматических систем. М .—Л., Госэнергоиздат, 1963. 252 с.

4. Г а р к а в и Ю. Е. и С м и р и о в М. И. Регулирование гидротурбин.

М.—Л ., Машгнз, 1954. 347 с.

5.Г р и г о р ь е в В. И. Разработка и исследование структурных схем регуляторов скорости гидротурбин. — В кн.: Энергетическое машиностроение.

М.—Л ., «Машиностроение», 1966, № 4.

времени сервомоторов на устойчивость систем регулирования гидротурбин. —

ляторы гидротурбин.— В кн.: Полвека на службе электрификации. Л ., «Машино­

Расчет устойчивости регулирования скорости гидроагрегатов. Институт электро­

282

механики АН СССР.— В кн.: Автоматизация управления электрическими систе­

мами и объектами. Л., 1968.

18.М о с к а л е в А. Г. Автоматическое регулирование режима энергети­ ческих систем по частоте и активной мощности. М.—Л., Госэнергоиздат, 1960.

19.О й я В. Применение частотных методов для анализа процесса регули­ рования турбин в энергосистеме Швеции.—В кн.: Частотные методы в автоматике. М., 1957.

20. О п п е л ь т В. Основы техники автоматического регулирования. Пер.

снем. под ред. Д . И. Марьяновского. М.—Л ., Госэнергоиздат, 1960. 607 с.

21.Основы автоматического регулирования, ч. 2. Под ред. В. В. Солодовникова. Т. 2, ч. 2. М., Машгиз, 1959. 454 с.

22.П е р в о з в а н с к и и А. А. О качестве автоматического регулирования

частоты в энергосистемах. — «Известия АН СССР», 1957, № 1.

23. П и в о в а р о в В. А. Вопросы расчета, анализа и натурных испытаний

систем регулирования скорости гидроагрегатов. Автореф. канд. дисс. Л ., 1968. 24. П и в о в а р о в В. А., Ф е д о р о в В. Н. Результаты испытаний ре­ гуляторов скорости гидротурбин при работе на выделенный район.— В кн.: Авто­ матизация управления электрическими системами и объектами. Л., «Наука», 1958.

с.224—231.

25.П о л у ш к и н Н. П. Монтаж, наладка и испытание автоматических регуляторов скорости гидротурбин. М.—Л ., Госэнергоиздат, 1959. 203 с.

26.П о л у ш к и н Н. П. Автоматическое регулирование гидротурбин. Л., «Энергия», 1967, 292 с.

27.П о п о в Е. П. Динамика систем автоматического регулирования. М., Гостехтеоретиздат, 1954. 798 с.

28. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей.

М.—Л ., Госэнергоиздат, 1963.

29.Р а м и н Е. Л. Исследование качества регулирования скорости гидро­ агрегатов с учетом вероятностных характеристик нагрузки. Автореф. канд.

дисс. Институт электромеханики, Л ., 1969.

30.С е м е н о в В. В. Частотные характеристики гидротурбин. Институт электромеханики АН СССР.—В кн.: Автоматические и телеинформационные си­ стемы, Л ., «Наука», 1965.

31.С о л о д о в н и к о в В. В. Частотный метод анализа качества систем автоматического регулирования. М.—Л ., Машгиз, 1956.

систем и систем регулирования. Под ред. А. В. Фатеева. Ч. I— II. Пер. с англ.

М.—Л ., Госэнергоиздат, 1959.

34.Щ е г о л е в Г. С. и Г а р к а в и Ю. Е. Гидротурбины и их регули­ рование. М.—Л ., Машгиз, 1957. 350 с.

35.Э п ш т е й н Р. М. Методика испытаний и наладки систем регулирова­ ния гидротурбин с групповым регулятором скорости. М.—Л ., Госэнергоиздат, 1957. 80 с.

N 10,

283