- •Введение
- •1. Основные понятия и определения
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •2. Статическая устойчивость электроэнергетических
- •2.2. Векторная диаграмма для явнополюсного синхронного генератора в простейшей электроэнергетической системе
- •2.3. Характеристика мощности при сложной связи генератора с приемной системой
- •2.4. Максимальные и предельные нагрузки
- •2.5. Требования, предъявляемые к режимам
- •2.6. Характеристики режимов простейшей электроэнергетической системы при синхронной скорости вращения генератора
- •2.7. Простейшая оценка устойчивости установившегося режима. Энергетический критерий
- •2.8. Практический критерий статической устойчивости для простейшей ээс
- •2.9. Практический критерий статической устойчивости для асинхронных двигателей
- •2.10. Коэффициенты запаса статической устойчивости
- •2.11. Общая характеристика и дифференциальные уравнения регулирования возбуждения генератора
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •3. Динамическая устойчивость ээс
- •3.1. Допущения, принимаемые при анализе динамической устойчивости
- •3.2. Уравнение движения ротора синхронной машины
- •3.3. Оценка динамической устойчивости при переходе от одного режима к другому
- •3.4. Энергетические соотношения, характеризующие движение ротора генератора
- •3.5. Способ площадей и вытекающие из него критерии динамической устойчивости
- •3.6. Определение предельного угла отключения короткого замыкания
- •3.7. Определение предельного времени отключения аварии
- •3.8. Проверка устойчивости при наличии трехфазного или пофазного автоматического повторного включения лэп
- •3.9. Применение способа площадей при анализе действия автоматического регулирования
- •3.10. Условия успешной синхронизации
- •3.11. Способ площадей при исследовании устойчивости двух станций
- •3.12. Метод последовательных интервалов
- •3.13. Расчет динамической устойчивости систем с несколькими генераторными станциями
- •3.14. Динамическая устойчивость неявнополюсного генератора, работающего на шины бесконечной мощности
- •3.15. Динамическая устойчивость явнополюсного генератора при учете электромагнитных процессов
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •4. Асинхронные режимы, ресинхронизация и результирующая устойчивость
- •4.1. Общая характеристика асинхронных режимов
- •В электроэнергетических системах
- •4.2. Возникновение асинхронного режима
- •4.3. Задачи, возникающие при исследовании асинхронных режимов
- •4.4. Параметры элементов электроэнергетических систем при асинхронных режимах
- •4.4.1. Генераторы
- •4.4.2. Первичные двигатели
- •4.4.3. Нагрузка
- •4.4.4. Линии электропередачи, сеть
- •4.5. Выпадение из синхронизма, асинхронный ход синхронных машин
- •4.6. Вхождение в синхронизм асинхронно работающих генераторов
- •4.7. Основные сведения об устройствах ликвидации асинхронного режима
- •4.8. Способы ликвидации асинхронных режимов в энергосистемах
- •4.9. Основные принципы выявления асинхронного хода
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •5. Мероприятия по повышению надежности, улучшению устойчивости и качества переходных процессов ээс
- •5.1. Постановка задачи
- •5.2. Улучшение характеристик основных элементов электроэнергетической системы
- •5.3. Дополнительные устройства для улучшения устойчивости
- •5.4. Мероприятия режимного характера
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •Библиографический список
4.2. Возникновение асинхронного режима
Причины появления асинхронного режима генератора или части системы (группы генераторов) могут быть весьма различными. Его может вызвать исчезновение (потеря) возбуждения (рис. 4.4), нарушение динамической устойчивости после резкого возмущения (толчка) (рис. 4.5) или нарушение статической устойчивости сильно перегруженной системы при малом возмущении (рис. 4.6).
Рис. 4.4. Потеря возбуждения и переход в асинхронный режим:
1-8- постепенно уменьшающаяся характеристика мощности
с уменьшением тока возбуждения при отключении возбудителя
В первом случае генератор работает только как асинхронный, угол характеристики см. на рис. 4.4.
При потере возбуждения и переходе на асинхронный режим характеристики мощности постепенно уменьшаются с уменьшением тока возбуждения
при отключении возбуждения.
Графики перехода на асинхронный режим в результате нарушения ди-
намической устойчивости (площадка ускорения больше площадки торможения) см. на рис. 4.5.
а
б
Рис. 4.5. Переход на асинхронный режим
в результате нарушения динамической устойчивости
При переходе на асинхронный режим в результате нарушения статической устойчивости при графики будут иметь вид, как на рис. 4.6.
Рис. 4.6. Переход на асинхронный режим в результате нарушения
статической устойчивости при
Во втором и третьем случаях при наличии возбуждения генератор наряду с асинхронной мощностью выдает также пульсирующую синхронную мощность.
Для большинства синхронных машин асинхронный ход не представляет опасности. Турбогенераторы в асинхронном режиме могут развивать мощность, соизмеримую с номинальной. При работе турбогенератора через малое сопротивление на шины неизменного напряжения и при скольжении порядка десятых долей процента, при которых устанавливается асинхронный режим турбогенераторов, токи, как правило, не представляют какой-либо опасности для машины.
Допустимость асинхронного режима может вызывать сомнения в связи с опасностью нарушения устойчивости остальной части системы, в которой мощный генератор или группа генераторов работает асинхронно. В этом режиме генератор обычно поглощает из системы значительную реактивную мощность, что может приводить к снижению напряжения во всей системе, создавая опасность нарушения устойчивости остальных генераторов и двигателей. Однако опасность аварий такого рода можно сделать маловероятной правильным выбором источников реактивной мощности и регулирующих устройств.
Восстанавливать нормальную работу системы оказалось возможным, не отключая от сети выпавший из синхронизма генератор, но оставляя его на некоторое время в асинхронном режиме и заставляя снова войти в синхронизм. При этом говорят, что система сохраняет результирующую устойчивость, поскольку нарушения энергоснабжения потребителей не происходит.
Однако асинхронный ход, не являющийся для системы нормальным режимом, не должен осуществляться без проверки.
Обычно при выпадении генератора из синхронизма его электромагнитный момент становится меньше вращающего момента турбины. Это приводит к повышению скорости. При увеличении скорости под действием регуляторов турбины происходит уменьшение впуска энергоносителя в турбину, и мощность, отдаваемая в сеть при асинхронном ходе, всегда будет меньше, чем до выпадения.
Реактивная мощность, необходимая для создания электромагнитных полей в асинхронно работающей машине, поступает из сети. Ток статора, возрастающий в связи с увеличившейся реактивной мощностью, во время асинхронного хода колеблется около среднего значения с частотой, приблизительно равной . Асинхронный ход легко заметить по колебаниям стрелки амперметра. Число её отклоненийN ( в одну сторону) в секунду численно равно скольжению, выраженному в процентах:
,
где – частота синхронного хода. Знак скольжения определяет режим несинхронно работающей машины: «минус»– генераторный режим «плюс» – двигательный режим .
Амплитуда колебаний тока статора будет минимальной при разомкнутой обмотке возбуждения, а величина скольжения – при замкнутой обмотке возбуждения.
В асинхронном режиме предельная величина активной мощности, которую может отдавать турбогенератор, обычно ограничивается 50–70 % номинальной мощности из-за возрастания тока статора, а современный крупный турбогенератор – 30–50 %. Кратковременно ее можно повысить, допустив перегрузку по току статора.
Возможность асинхронного хода и его длительность зависят от типа генератора. Они ограничены условиями работы системы и опасностью повреждений самого генератора. Турбогенератор при потере возбуждения может работать в асинхронном режиме до 15–30 мин, без потери возбуждения – несколько меньше. Если за это время восстановить синхронную работу не удается, то турбогенератор должен быть отключен от сети. Немедленное отключение от сети турбогенератора, выпавшего из синхронизма, должно производиться только в случаях появления признаков повреждения машины, например, когда в обмотках возбуждения имеются замыкания на землю, при которых до потери возбуждения происходила работа генератора. Длительность работы гидрогенераторов в асинхронном режиме разрешается только при возбуждении 3–4 мин без демпферных обмоток, при наличии последних – более длительная работа. Для крупных же гидрогенераторов Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС асинхронный ход вообще запрещен. При появлении асинхронного режима машина должна немедленно отключиться.
Асинхронный ход, как правило, недопустим в тех случаях, когда при его появлении потери в роторе оказываются больше номинальных, а ток статора больше .