Краткие сведения из теории

Рассматриваются процессы в электрической системе при нарушении условий синхронизации в момент включения синхронного генератора на параллельную работу с электрической системой (сетью).

Предполагается, что первые три условия: равенство напряжений, примерное равенство частот и порядок чередования фаз сети и подключаемого генератора, выполнены. Точная синхронизация соответствует подключению генератора к сети в момент совпадения фаз ЭДС генератора и напряжения сети. При этом, из-за встречного действия ЭДС и напряжения в контуре, образованном подключаемым генератором и генераторами сети, ток будет равен нулю.

Если фазы ЭДС и напряжения не совпадают, то есть если угол между векторами ЭДС Е и напряжения U (ЭДС генераторов сети) отличен от нуля, то в контуре образуется результирующая ЭДС  Под воздействием ЭДС  в контуре будет протекать уравнительный ток I _ур.

На рис. 3.1 показано положение роторов и векторов ЭДС в различные моменты включения для случая включения на параллельную работу двух 

ненагруженных генераторов.

Рис. 3.1

 

Случаю на рис. 3.1,а соответствует точная синхронизация, при которой фазы ЭДС Е ₁ и Е ₂ на выключателе В совпадают. В момент образования

замкнутой цепи, при подключении с помощью выключателя В источников ЭДС Е ₁ и Е ₂ на параллельную работу, результирующая ЭДС в контуре Следовательно, уравнительный ток также равен нулю I _ур = 0. Этому случаю соответствует совпадение осей роторов d₁ и d₂.

На рис. 3.1,б представлен случай, когда включение на параллельную работу производится в момент расхождения осей роторов и, следовательно, ЭДС Е ₁ и Е ₂ на угол δ. При этом в контуре под действием ЭДС Е ¹0 возникает уравнительный ток

 

,                                   (3.1)

 

где Х^' _d1 и Х^' _d2 – индуктивные сопротивления, соответственно, первого и второго генераторов;

                Х _с – сопротивление связывающей генераторы системы.

Опуская строгое рассмотрение возникающих в этом случае процессов, ограничимся лишь качественным анализом этого случая.

Если δ ¹ 0, то под воздействием уравнительного тока на валах обоих генераторов возникает так называемый синхронизирующий момент, стремящийся уменьшить угол δ до нуля, то есть,,совместить'' по кратчайшему пути оси роторов d₁ и d₂.

Величина момента может быть определена через синхронизирующую мощность по выражению

 

,                               (3.2)

 

где ω₀ = 2πf;

  .

Если подключение производится в соответствии с рис. 3.1,б и роторы вращаются по часовой стрелке, то ротор первого генератора,,отстает'' от второго на угол (-δ). При этом синхронизирующий момент будет ускорять ротор первого генератора и тормозить ротор второго генератора. Такое действие синхронизирующих моментов на роторы будет приводить к уменьшению угла δ, рис. 3.2, то есть к сближению осей d₁ и d₂ роторов.

Рис. 3.2

обоих генераторов, являются по существу электромагнитными моментами, образующимися от взаимодействия уравнительного тока с магнитными полями генераторов, то легко можно установить   режимы синхронных машин (первой и второй), в которых торых они оказываются в начальный момент включения их на параллельную работу.

Так как синхронизирующие моменты, воздействующие на роторы режимы синхронных машин (первой и второй), в которых они оказываются в начальный момент включения их на параллельную работу.

Электромагнитный момент первого генератора,,ускоряет'' ротор машины, так как направлен в сторону вращения: это соответствует двигательному режиму. Таким образом, первый генератор оказывается в режиме синхронного двигателя и,,потребляет'' мощность из сети, к которой подключен (т.е. от второго генератора).

Электромагнитный момент второго генератора направлен в сторону, противоположную вращению ротора, то есть является тормозным. Это признак работы синхронной машины в режиме синхронного генератора. Следовательно, ускорение ротора первого генератора будет происходить за счет электроэнергии второго генератора.

Рис. 3.1,в соответствует случай, когда в момент включения генераторов на параллельную работу ротор первого генератора,,опережает'' ротор второго. Положение осей роторов d₁ и d₂ для этого случая показано на рис. 3.3 (δ >0).

Рис. 3.3

 

При угле δ > 0 синхронизирующий момент,,ускоряет'' ротор второго генератора и,,тормозит'' ротор первого. Следовательно, теперь уже второй генератор оказывается в режиме,,двигателя'' и потребляет мощность, а первый генератор – в режиме,,генератора'' и отдает мощность.

Заметим, что,,отставание'' или,,опережение'' определяется взаимным пространственным положением роторов в момент включения генераторов на параллельную работу и не связано с тем, каким образом это взаимное расположение осей было получено. Так, положение,,отставания'' (рис. 3.2) может иметь место как в случае, если ротор первого генератора вращается несколько быстрее ротора второго (стрелка синхроноскопа вращается по часовой стрелке), так и в случае, если ротор первого генератора вращается несколько медленнее ротора второго генератора (стрелка синхроноскопа вращается против часовой стрелки). Аналогично, положение,,опережения'' (рис. 3.3) может быть получено как при более быстром, так и при более медленном вращении ротора первого генератора в сравнении с вращением ротора второго генератора.

Как следует из формулы (3.2), максимум синхронизирующего момента имеет место при δ ≈ 90⁰. При этом результирующая ЭДС

 

 

где Е₁  Е₂ = Е.

Максимум синхронизирующего момента при δ = 90⁰

 

.                                        (3.3)

 

Опасность возникновения больших синхронизирующих моментов при δ ≈ 90⁰ объясняется тем, что в формулу (3.3) мы должны фактически подставлять переходные параметры (ЭДС и сопротивления) генераторов:  и  причем  Тогда

Переходный или динамический момент  представляет серьезную опасность для вала турбогенератора.

Включение генераторов на параллельную работу при δ ≈ 180⁰ не приводит к образованию переходных моментов, так как при этом М_с  0 (sin180⁰ = 0), а в процессе синхронизации (сближение осей роторов) синхронизирующий момент плавно проходит через максимум, определяемый формулой (3.3). Однако величина уравнительного тока, а точнее его переходного значения, может достигать больших кратностей. Если генераторы включаются на параллельную работу через малое сопротивление системы (можно принять Х_с  0), то включение при θ ≈ 180⁰ приводит к образованию переходного тока такого же, как и при внезапном КЗ на выводах генератора. Разность ЭДС при этом

 

 

тогда переходный ток

                                    (3.4)

 

Обычно  cледовательно, переходный уравнительный ток в 3 - 5 раз превосходит установившееся значение короткого замыкания. Продолжая аналогию с коротким замыканием, следует также учесть апериодическую слагающую тока переходного процесса и возникновение ударных токов. Величина ударного тока может составлять 1,8…1,9 амплитуды начального переходного тока, то есть фактически достигать его удвоенного значения. Таким образом, можно ожидать, что величина ударного тока при несинхронном включении (δ = 180⁰) в 6 – 10 раз больше, чем установившийся ток короткого замыкания. Известно, что электродинамические силы, действующие на проводник с током, пропорциональны квадрату тока. Поэтому опасность ударных токов заключается в их динамическом воздействии на обмотки статоров и роторов синхронных машин. Эти воздействия способны вызывать механические повреждения и повреждения изоляции обмоток.

Естественно, что неблагоприятные проявления переходных токов и моментов при несинхронных включениях уменьшаются при увеличении сопротивления Х _с линии, связывающей генераторы.

Представление физической картины процессов, возникающих в электрической системе при нарушении условий синхронизации, является основой для понимания возможных аварийных последствий несинхронного включения, принципа действия автоматических синхронизаторов.

 

Схема установки

Рис. 3.4

 

Схема установки, рис. 3.4, включает два генератора Г1 и Г2, связанных линией связи Т1 – ЛЭП1 – ЛЭП2 – Т2. Линия связи ставится под напряжение от генератора Г2 при отключенном выключателе В1. Генератор Г1 с помощью выключателя В1 подключается на параллельную работу с генератором Г2 через линию связи.

Наличие линии связи, обладающей значительным сопротивлением, позволяет производить на установке физического моделирования несинхронные включения генератора Г1, не получая при этом аварийного режима.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: