книги из ГПНТБ / Росман Л.В. Групповое управление возбуждением синхронных генераторов гидроэлектростанций

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ ГРУППОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (ГУВ)

1-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При индивидуальном управлении распределение реактивной на­ грузки между генераторами станции производится вручную путем задания соответствующих уставок регуляторам возбуждения каж­ дого генератора и последующей их корректировки Г

При групповом управлении станция (или группа объединенных системой ГУВ генераторов) получает общее задание величины под­ держиваемого напряжения шин, чем определяется также величина суммарной реактивной нагрузки. Задание и корректировка нагрузки каждого генератора при этом вручную производиться не могут.

Одним из основных вопросов, встающих при разработке си­ стем ГУВ, является вопрос об условиях, которым должно удов­ летворять распределение реактивной нагрузки между генераторами станции 12, и о средствах его осуществления при групповом управ­ лении. Эти условия рассмотрены в настоящей главе.

Показано, что соблюдение условий экономически наивыгодней­ шего распределения не является обязательным, поскольку возмож­ ные при отступлении от этого условия дополнительные потери имеют незначительную величину.

Рассмотрены условия технически целесообразного распределе­ ния и найдены величины допустимых погрешностей при выполне­ нии этих условий. Показано, что для обеспечения необходимой точ­ ности при групповом управлении должно осуществляться автомати­ ческое принудительное распределение реактивных нагрузок.

Специальное внимание уделено основам выбора параметров режима генератора, которые могут быть использованы в системе автоматического распределения.

1 Подробнее см. приложение 3.

2 В дальнейшем для обозначения понятия «распределение реак­ тивной нагрузки между генераторами станции» будем применять сокращенный термин «распределение».

10

Отдельно рассмотрены условия, которым должны соответство­ вать системы ГУВ при наличии на станции двух и более регулируе­ мых напряжений.

На установленных здесь положениях базируются производимые в дальнейших главах сравнительные исследования систем ГУВ. Однако с целью сокращения объема основного текста книги мате­ риал настоящей главы изложен в значительной мере реферативно, а обоснование сделанных выводов и необходимые выкладки частич­ но перенесены в приложения 2—4.

1-2. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ГУВ,

ИСХОДЯЩИЕ ИЗ УСЛОВИЙ э к о н о м и ч н о г о РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ГЕНЕРАТОРАМИ СТАНЦИИ

В настоящем параграфе и относящихся к нему при­ ложениях 2 и 3 рассматривается вопрос о том, следует ли при групповом управлении стремиться распределять реактивные нагрузки между генераторами станции та­ ким образом, чтобы удовлетворялось условие миниму­ ма потерь активной мощности, или выполнение этого условия не является обязательным.

Условие минимума потерь определяется по методу относительных приростов потерь, подробно разработан­ ному в литературе применительно к более сложному во­ просу об экономичном распределении реактивной мощ­ ности в энергетической системе — в работах И. М. Мар­ ковича 1[Л. 11], Н. А. Мельникова [Л. 12], Б. И. Розен­ берга [Л. 16] и др.

С целью решения поставленной задачи ниже выво­ дятся условия экономически оптимального распределе­ ния реактивной нагрузки для нескольких характерных типов станций, а затем находится разница между поте­ рями в оптимальном режиме и в режимах, отличных от оптимального.

Как будет видно из дальнейшего, найденные таким образом дополнительные потери, возникающие вслед­ ствие отклонения режима распределения от оптимально­ го, имеют весьма малую величину, вследствие чего ими при определении требований к системам ГУВ можно пренебречь.

Это дает возможность при определении величины до­ полнительных потерь принять следующие упрощающие допущения:

11

1. Распределение активных токов между генератора­ ми станции не зависит от распределения реактивных токов.

2. Потери в стали генераторов и трансформаторов и потери от намагничивающих токов трансформаторов могут не учитываться.

Учет погрешностей, вносимых указанными допуще­ ниями, не может дать значительного изменения величи­ ны дополнительных потерь и, следовательно, не может повлиять на окончательный вывод о допустимости пре­ небрежения этими потерями. Поэтому введение таких допущений следует считать оправданным.

С учетом сказанного рассмотрим вначале распреде­

наковые параметры и одинаковые схемы присоединения к общим шинам.

Такие генераторы или блоки генератор — трансфор­ матор будем называть однотипными.

Величину полных потерь в блоке генератор — транс­

Составляющие потерь я определяются как произве­ дение квадрата соответствующей составляющей тока на приведенное сопротивление обмоток генератора и транс­ форматора блока с учетом потерь в роторе. Величина этого сопротивления для гидрогенераторов лежит обыч­ но в пределах (1 6 ...2 8 )10_3 относительных единиц. Эта величина учитывает также потери в роторе по прибли­ женной методике, изложенной в (Л. 19].

По известному условию минимум потерь при распре­ делении реактивной нагрузки имеет место при равенст­ ве относительных приростов суммарных потерь:

<?ДР. дкР*.

12

В соответствии с введенными допущениями для по­ ставленной задачи распределение активных токов может быть принято не зависящим от распределения реактив­ ных токов, т. е.

и по (1-2)

т. e. условие минимума активных потерь от реактивной нагрузки оводится к условию уравнивания реактивных токов вне зависимости от распределения активных на­ грузок.

Режим, соответствующий экономичному распределе­

’Основные потери в блоке, возникающие от протека­ ния реактивного тока,

Потери в режиме, отличающемся от основного,

/ 2

Искомые дополнительные потери в блоке, возникаю­ щие вследствие отклонения режима распределения реак­ тивной нагрузки от основного, находятся по формуле

13

Aic = it0 ( l + & ) 2 — v

Суммируя эти потери по всей станции, получим:

где nQV— суммарные потери от реактивного тока по стан­ ции в основном режиме.

Для двух однотипных блоков основному режиму, как было показано, соответствует одинаковая реактивная на­ грузка каждого блока.

Потери в блоках в основном режиме, следовательно, тоже одинаковы:

■«„I — *^02 — H ’ 5 ^ q v .

При перераспределении реактивных нагрузок коэффи­ циенты рассогласования каждого из двух однотипных блоков равны по величине и противоположны по знаку.

Обозначим:

k = k1= — k„.

Тогда

Отсюда следует, что при постоянной суммарной реактив­ ной нагрузке дополнительные потери изменяются пропор­ ционально квадрату коэффициента рассогласования:

где знаками (') и (") обозначены величины, относящиеся к любым двум различным режимам.

14

т. е. что дополнительные потери не могут быть более 25% потерь, обусловленных протеканием максимально допустимого реактивного тока.

Оценим величину потерь в блоке генератор—транс­ форматор от протекания максимального реактивного тока в режиме номинальной активной нагрузки.

обозначены "величины, относящиеся к номинальному ре­

нальный реактивный ток в относительных единицах со­ ставляет:

/ н = 0,53 .. .0,6.

Исходя из этих величин и имея в виду ориентировочные значения сопротивлений, приведенные выше, можно заклю­ чить, что номинальные потери от реактивного тока1

тсн = (4,6... 10) 10-3

1 Здесь и в дальнейшем в относительных единицах выражены потери, отнесенные к кажущейся мощности, в процентах — отнесен­ ные к активной мощности.

15

В. И. Ленина 7^ = 567 кет, или 0,47°/0.

Как видим, основные потери от реактивной мощно­ сти весьма малы, а максимально возможные дополни­ тельные потери, составляющие согласно (1-8) 25% ос­ новных, не могут, учитывая (1-9), составлять более 0,13—0,3% номинальной активной мощности.

При этом следует иметь в виду определяемую урав­ нением (1-7) параболическую форму зависимости допол­ нительных потерь от коэффициента рассогласования, вследствие чего дополнительные потери могут стать за­ метными только при нереально больших рассогласо­ ваниях.

Так, например, если максимально возможные допол­ нительные потери при k= \ в блоках Днепровской ГЭС составляют с учетом (1-8)

д^ « . с= °.25-0>77 = 0,19»/„,

то при /г = 0,25

Дти, = О,19-О,252 = О,О12»/0.

Кривая на рис. 1-1 показывает зависимость дополни­ тельных потерь в блоках Днепровской ГЭС от коэффи­ циента рассогласования, полученную по уравнению (1-6) при постоянной средней реактивной нагрузке бло­ ков, равной 50% номинала.

Выше проанализированы потери при распределении реактивной нагрузки между однотипными блоками, ра­ ботающими на общие шины.

Для определения дополнительных потерь при рас­ пределении между неоднотипными генераторами (бло­ ками), т. е. при сложной схеме первичных соединений станции, должно быть записано в общей форме выра-

16

жение суммарных потерь от реактивного тока внутри станции и по условию равенства относительных приро­ стов этих потерь определено экономичное распределе­ ние. Затем (аналогично случаю с однотипными блока­ ми) должна быть найдена зависимость дополнительных потерь от коэффициента рассогласования и определена

изведены расчеты потерь от реактивного тока в различ­ ных режимах. Расчеты показывают, что основные поте­ ри не превышают 0,42%, а максимально возможные до­ полнительные— 0,077% номинальной активной мощ­ ности.

Приведенные выше значения потерь получены с уче­ том сопротивлений не только обмоток трансформаторов

и статоров генераторов, но и обмоток роторов генерато­ ров, поскольку потери в роторах, обусловленные проте­ канием реактивных токов, составляют около половины суммарных потерь от этих токов в генераторах и транс­ форматорах станции.

Итак, анализ показывает, что дополнительные поте­ ри активной мощности, возникающие вследствие откло­ нения от наивыгоднейшего режима распределения реак­ тивной нагрузки внутри станции, весьма малы. Расчеты по ориентировочным значениям сопротивлений обмоток генераторов и трансформаторов, а также для конкрет­ ных станций показывают, что дополнительные потери в самом худшем случае не превышают нескольких де­ сятых долей процента номинальной активной мощности.

Отсюда следует, что требования к распределению реактивной нагрузки внутри станции не должны исхо­ дить из условий обязательного достижения теоретиче­ ского минимума потерь, и что усложнение систем авто­ матического группового управления для соблюдения этих условий нецелесообразно.

Очевидно, решающими в этом случае должны явить­ ся условия технически целесообразного распределения.

1-3. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ГУВ, ИСХОДЯЩИЕ ИЗ УСЛОВИЙ ТЕХНИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ГЕНЕРАТОРАМИ СТАНЦИИ

В соответствии со сделанным в предыдущем пара­ графе выводом ниже рассмотрены условия технически целесообразного распределения реактивной нагрузки между генераторами. Предварительно в п. 1 устанавли­ вается понятие так называемого п а р а м е т р а р а с ­ п р е д е л е н и я , имеющее важное значение для после­ дующего изложения.

Далее в п. 2 определены требования к точности рас­ пределения реактивной нагрузки, а в п. 3 указаны сред­ ства обеспечения требуемой точности. Рассмотрение ве­ дется применительно к однотипным генераторам ’.

18