4.1. Короткое замыкание на зажимах синхронных генераторов

без автоматического регулирования возбуждения

Во втором разделе предполагалось, что рассматриваемая цепь присоединена к источнику синусоидального напряжения, амплитуда которого постоянна. При таких условиях переходный процесс в цепи характеризуется затуханием лишь свободных апериодических составляющих тока, в то время как периодическая составляющая представляет собой синусоидальный ток с неизменной амплитудой, установившийся в этой цепи при её изменившемся состоянии.

По мере приближения точки короткого замыкания к генератору такое предположение становится неприемлемым. Увеличение реакции статора при коротком замыкании приводит к размагничиванию генератора и, следовательно, к снижению его ЭДС до некоторого уровня, зависящего от параметров генератора и электрической удалённости короткого замыкания.

Полный ток короткого замыкания во время переходного процесса состоит из периодической и апериодической составляющих. Мгновенное значение полного тока короткого замыкания в момент времениt:

Поскольку генератор является источником конечной мощности и в соответствии с принятым условием работает без АРВ, напряжение на его зажимах, а следовательно, и его периодическая составляющая тока короткого замыкания с течением времени уменьшаются. Объясняется это тем, что по мере затухания свободных токов, наведённых в начальный момент короткого замыкания в обмотке возбуждения, демпферных обмотках и массиве ротора, поток реакции статора при неизменном токе возбуждения ослабляет результирующий магнитный поток в воздушном зазоре генератора. Последнее обстоятельство приводит к уменьшению ЭДС, наводимой в статоре, падению напряжения на зажимах генератора и изменению периодической составляющей тока короткого замыкания.

На рис. 4.1 приведена временная диаграмма изменения составляющих тока короткого замыкания на зажимах генератора без АРВ, из которой следует, что время затухания периодической составляющей много больше (до 9 сек) времени затухания апериодической составляющей. Начальный ток короткого замыкания больше установившегося значения тока ().

Рис. 4.1. Изменение полного тока и его периодической составляющей одной из фаз генератора без АРВ при внезапном коротком замыкании на его зажимах

4.2. Короткое замыкание на зажимах синхронного генератора

с автоматическим регулированием возбуждения.

Назначение АРВ состоит в автоматическом поддержании номинального напряжения на нагрузке при всех возможных режимах работы генератора.

В случае понижения напряжения, обусловленного коротким замыканием, АРВ увеличивает ток возбуждения генератора, а следовательно, и напряжение на зажимах генератора и на различных элементах сети.

В начальный момент короткого замыкания ввиду инерции магнитных потоков, сцепленных с обмотками генератора, АРВ на переходный процесс практически не влияет, так что периодическая составляющая тока короткого замыкания представляется в виде синусоиды с убывающей амплитудой (рис.4.2).

Повышение напряжения генератора благодаря действию АРВ начинается не в момент короткого замыкания, а через некоторое время, которое необходимо для срабатывания АРВ. Этот временной интервал определяется понижением напряжения до значения, при котором вступает в действие АРВ, и собственным временем срабатывания АРВ. Поэтому ток короткого замыкания до вступления в действие АРВ уменьшается так же, как и при отсутствии АРВ, а затем начинает увеличиваться и достигает установившегося значения, соответствующего возросшему напряжению генератора за счёт действия АРВ (рис.4.2).

Переходный процесс

Установившийся режим КЗ

Рис 4.2. Изменение полного тока короткого замыкания

и его составляющих одной из фаз генератора с АРВ

при внезапном коротком замыкании на его зажимах

В связи с тем, что действие АРВ проявляется через несколько периодов после появления короткого замыкания начальное значение полного тока и его составляющих, а также ударного тока остаются такими же, как и при отсутствии АРВ.

Таким образом, при работе синхронного генератора с АРВ затухание свободных токов статора и обмотки возбуждения, возникших при внезапном коротком замыкании, в некоторой степени компенсируются увеличением тока короткого замыкания за счёт действия АРВ. В зависимости от соотношения между значениями этих токов и от характера их изменения кривая полного тока короткого замыкания может приобретать разный вид. При этом апериодическая составляющая остаётся практически такой же, как и при отсутствии АРВ.

Периодическая составляющая в зависимости от соотношения между начальным и установившимся токами короткого замыкания при предельном токе возбуждения может затухать, возрастать или оставаться неизменной, как показано на рис.4.3.

Если под действием АРВ напряжение генератора достигает предельного значения (может достигать также минимального значения), то ток короткого замыкания в дальнейшем остаётся неизменным.

Рис.4.3. Характер изменения периодической составляющей тока КЗ синхронного генератора с АРВ при постоянной времени обмотки возбуждения Тв=0 и при различных значениях предельного возбуждения.

3. Начальный момент внезапного нарушения режима.

Рассмотрим задачу определения начального значения периодических составляющих токов (переходных и сверхпереходных). Поскольку задача ограничена рассмотрением лишь начального момента, то вращение ротора и обусловленное этим изменение индуктивностей машины не играют никакой роли, т.е. машину можно рассматривать как трансформатор.

Исследование начального момента переходного процесса проще вести на основе принципа постоянства потокосцепления: в момент внезапного нарушения режима поток, сцепленный с ротором, сохраняется неизменным и соответствующая ему ЭДС, наведённая в статоре, остаётся постоянной. Следовательно, для синхронной машины условия в начальный момент переходного процесса аналогичны условиям для трансформатора, питаемого источником синусоидального напряжения.

Таким образом, при переходном процессе ток статора синхронной машины состоит из двух слагаемых: периодической (вызываемой ЭДС, наводимой потоком ротора) и апериодической (обусловленной изменением потока статора).

Условимся считать:

а) продольную составляющую тока статора положительной, если создаваемая ею намагничивающая сила совпадает по направлению с намагничивающей силой тока возбуждения;

б) поперечную составляющую тока статора положительной, если создаваемая ею намагничивающая сила при наличии на роторе поперечного контура отстаёт от намагничивающей силы тока возбуждения на (электрических). Это же направление принимается положительным для его магнитной оси.