2. Качественная оценка относительного движения ротора генератора в наиболее характерных случаях

Оценим сначала, основываясь на чисто физических соображениях, переходные процессы в наиболее характерных случаях с помощью способа площадей (рис. 8.1).

Рассмотрим сначала (рис. 8.1,а) сравнительно легкий случай нарушения режи­ма, когда изменение мощности при изменении угла δ происходит на части характе­ристики Р = φ(δ), которую можно считать почти линейной. Процесс протекает при равенстве площадок ускорения abca и торможения cdec. Колебания мощности и угла во времени почти синусоидальны, так же как при любых малых нарушениях режима, которые характеризуются линеаризованной зависимостью Р = φ(δ).

Случай, представленный на рис. 8.1,б, относится к изменению режима, при ко­тором система находится у предела устойчивости. При этом площадка ускорения abca оказывается уравновешенной площадкой торможения cfdec, частично лежащей за максимумом характеристики Р = φ (δ). Участок характеристики Р = f(δ), соот­ветствующий рассмотренному процессу (рабочий участок), оказывается, таким образом, нелинейным. Изменения угла δ = f(t) несинусоидальны, так же как и из­менения мощности. Характерный «двугорбый» вид кривой Р = φ (t) объясняется тем, что в каждом полуцикле колебаний вблизи максимального угла δ _макс ротор дважды проходит точку f, отвечающую наибольшему значению характеристики Р = φ (δ).

На рис.1 показаны три вида неустойчивого процесса.

В случае А процесс происходит согласно характеристике bcd при площадке торможения cfdc, меньшей площадки ускорения, которая сначала имеет значение abca, а затем (после точки d) определяется площадью, ограниченной линией Р_о и синусоидальной характеристикой Р = φ(δ) (показана сплошной линией). Изменения угла δ = f(t) на участке δ₀ - 180⁰ имеют характерный перегиб, отвечающий участ­ку cfd кривой Р = φ(δ), что соответствует перегибу на кривой b"а'. Далее кривая δ = f(t) имеет монотонное изменение (кривая а₂а₃). В соответствии с этим кривая Р = φ(δ) в первом полуцикле колебаний имеет перегиб (fd), а затем начиная со вто­рого цикла приобретает синусоидальный характер с постепенно уменьшающимся периодом.

В случае В зависимость Р = φ(δ) уже со второго полуцикла приобретает сину­соидальный характер, а изменение угла во времени происходит монотонно по кри­вым (b’’b₁ и b₂ b₃), приближающимся к параболическим.

В случае С, т. е. при так называемом полном сбросе мощности (из-за разрыва передачи или трехфазного короткого замыкания), генераторы данной станции пере­стали отдавать мощность в систему. Под действием постоянного вращающего механического момента (мощности), ускоряющего турбину (Р_о), которому в этом случае не оказывает противодействие какой-либо электромагнитный момент, угол δ непре­рывно возрастает. По аналогии с механическим движением при постоянном ускоре­нии можно ожидать, что это возрастание будет происходить при зависимости δ = f(t), являющейся квадратичной параболой, показанной на рис. 8.1,е (кривые b"с₁, с₂с₃).

Все указанные процессы рассматривались при Р_о = const, но возможен случай, когда на ротор действует некая вынуждающая сила (момент), синусоидально изме­няющаяся во времени. Механические аналогии подсказывают, что ротор генератора должен в этом случае совершать колебания, амплитуда и частота которых зависят от амплитуды и частоты вынуждающей силы, причем при совпадении этой частоты с собственной частотой колебаний возникает известное явление резонанса.