2. Статические характеристики системы при изменении частоты

Установившееся значение частоты при изменении нагрузки турбины, не имеющей регулирования скорости, может быть найдено с помощью способа пересечения характеристик (см. гл. III) Р = ф(/) и Р_в' = ф(/) так, как это показано на рис. 15.3.

При регулировании скорости агрегата регуляторами скорости характеристика активной мощности, отдаваемой генератором, будет получена в результате плавного перехода с одной характеристики Р = ф(/), построенной при постоянном впуске энергоносителя (постоянном открытии), на другую (рис. 15.4,а). На участке / 2 этой характеристики по мере уменьшения частоты мощность растет. Начиная с точки 2, после полного открытия направляющего аппарата, регулирование уже не может влиять на изменение мощности турбины, и в соответствии с ее естественной характеристикой происходит уменьшение мощности со снижением частоты. Участок 2 3 приближенно можно заменить прямой 2 3', считая, что при постоянном максимальном открытии направляющего аппарата мощность турбины не изменяется.

При аварийных режимах, когда частота в системе снижается настолько, что регуляторы полностью открывают устройства впуска энергоносителя, процессы считаются протекающими согласно характеристике 2 3 или 2 3'. На участке 2 1 характеристику Р — ф(/) можно заменить прямой 2 /', считая, что Р — Р₀+АР.

Характеристики нагрузки также приближенно можно заменить прямыми, полагая Р_в = Яно+А^н- Построенные характеристики относятся к одиночному агрегату, имеющему регулятор скорости, действие которого отражено в данном анализе переходом рабочей точки с одной характеристики Р = ф(/) на другую. В результате получилась характеристика регулируемой турбины (/ 2 на рис. 15.4,а). Если происходит изменение мощности нагрузки на ДР„, то, как это показано на рис. 15.4,6, в системе «генератор — нагрузка» установится новая частота /_х, которая соответствует пересечению сечению новой характеристики нагрузки и характеристики генерации (точка Ь). Процесс перехода от а к Ь и соответственно от /₀ к /_х начинается после того, как отклонение частоты превысит зону нечувствительности регулятора скорости, и происходит в течение 5—20 с.

Регулирование при обычных механических регуляторах скорости начинается с запаздыванием порядка 0,2-^0,5 с. Однако инерционность сервомоторов, а также явления гидроудара (у гидротурбин) и расширения пара в паровых объемах паровых турбин приводит к тому, что эффект регулирования проявляется через большой промежуток времени (1—3 с). Зона нечувствительности регуляторов составляет 0,05— 0,3%.

После окончания действия регуляторов скорости или еще в процессе их работы в действие вступают регуляторы частоты. Зона нечувствительности автоматического регулятора частоты (АРЧ) значительно меньше, чем у регулятора скорости (АРС), но действует он значительно медленнее. Действие его отражается в смещении характеристик Р = ф(/) из положения 1 2 к положению 1'2'. Это смещение занимает 10—40 с; оно может быть быстрее (характеристика аЬ'а') или медленнее (ab'a'). В зависимости от быстроты вмешательства АРЧ отклонение частоты при Данном набросе мощности может достигать значения //, //', или величины, определяющейся действием только регулятора скорости Д (рис. 15А,в).

Показанная на рис. 15А,в настройка АРЧ, когда он восстанавливает частоту до начального значения /₀, является астатической. При параллельной работе нескольких энергосистем, снабженных АРЧ, астатическая настройка невозможна (она привела бы к неопределенности в перераспределении мощностей по линиям связи).

При статической настройке* характеристики принимают вид, показанный на рис. 15.4,г. Действие АРЧ в этом случае не изменяет вида зависимости Р = q>(f), меняя только наклон ее.

Таким образом, все рассуждения и математические соотношения, полученные для системы с АРС, будут справедливы для системы с АРЧ, но при учете того, что углы наклона 0_r(APG> и 0_Г(арч) (рис. 15.4,г) будут разными.

Построенные характеристики относятся к единичной турбине и единичной нагрузке. Однако они могут быть распространены на всю систему в целом. Для этого под характеристикой Р_а — ф(/) надо понимать суммарную нагрузку всей системы P_BS, а под характеристикой Р_г = <р(/) — суммарную генерирующую мощность всех агрегатов Р_РХ.

При изменениях частоты около номинального значения характеристика нагрузки P_BS = q>{f) имеет наклон касательной.

Суммарные характеристики нагрузок и генераторов системы, полученные при медленных изменениях частоты (статические характеристики), могут существенно отличаться от динамических характеристик системы, получаемых в условиях быстрого изменения частоты, хотя общий характер зависимости обычно не изменяется.

Легко видеть, что для системы в целом

где

С учетом двух последних соотношений будем иметь

Здесь — коэффициент резерва, показывающий, во сколько раз номинальная мощность всех работающих агрегатов превышает мощность нагрузки системы.