ФОРСИРОВКА ВОЗБУЖДЕНИЯ И РАЗФОЗБУЖДЕНИЕ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Одной из наиболее эффективных мер обеспечения надежности работы синхронной машины в аварийных условиях является быстродействующая форсировка возбуждения.

Найдем закономерность изменения напряжения генератора, вращающегося с постоянной синхронной скоростью при включении его обмотки на постоянное напряжение.

Для машины без демпферных обмоток исходными условиями являются

Решением является

где первое слагаемое соответствует трансформаторной ЭДС, а второе –ЭДС вращения. Следовательно, в рассматриваемом переходной процессе благодаря медленному изменению тока трансформаторная ЭДС очень мала и ею можно пренебречь.

Сложную закономерность изменения напряжения возбудителя можно заменить экспонентой с постоянной времени Те

где - предельное приращение напряжения на кольуах обмотки возбуждения синхронной машины.

Временная зависимость изменения тока возбуждения имеет вид

где -функция, характеризующая изменения тока возбуждения.

Лекция 11

ТЕМА 7. ПЕРЕХОДНОЙ ПРОЦЕСС В СИНХРОННОМ

ГЕНЕРАТОРЕ ПРИ ТРЕХФАЗНОМ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ

Если рассмотреть осциллограмму тока внезапного переходного КЗ синхронного генератора без АРВ, то можно установить, что периодические составляющие токов КЗ всех фаз имеют одинаковые огибающие, которые затухают до значения установившегося тока I. Синусоиды их смещены относительно друг друга на 120°. Вычитая из результирующей кривой тока КЗ установившийся ток КЗ, получаем периодически изменяющийся экспоненциальный ток. В машинах без демпферных обмоток он изменяется с постоянной времени и называется переходной слагающей тока КЗ I¢. В машинах с демпферными обмотками он состоит из двух слагающих: переходной I¢ и сверхпереходной слагающей I² тока КЗ, которая изменяется с постоянной времени .

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени t I_п_t без демпферных обмоток определяется выражением

I_п_t = I +

или

I_п_t = + [ - ] ,

где E_q, - синхронная и переходная ЭДС генератора.

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени t с демпферными обмотками определяется выражением

I_п_t = I + +

или

I_п_t = + [ - ] +

+ [ - ] ,

где = Т_f₀( + Х_вн)/(Х_d + Х_вн) - постоянная времени обмотки возбуждения при закороченной обмотке статора; Т_f₀ - постоянная времени обмотки возбуждения; - сверхпереходная ЭДС генератора.

Лекция 12

ВЛИЯНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПРИ ВНЕЗАПНОМ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ

ГАШЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Расчет параметров режима переходного процесса при наличии АРВ у генераторов можно упростить, если воспользоваться методом наложения. При этом рассматриваются два независимых режима: при неизменном напряжении возбуждения (U_f = const), т.е. приращение за счет АРВ отсутствует DU_f = 0 и дополнительного напряжения за счет действия АРВ DU_f. Из первого режима находят приращение тока при неизменном возбуждении DI_п_t_б/АРВ, из второго - от действия АРВ DI_п_t_АРВ.

Естественно, что этот ток, благодаря действию регулятора, не может превысить ток генератора при номинальном напряжении U_н. Как только на выводах генератора установиться режим нормального напряжения, дальнейшее изменение тока прекращается.

Величину DI_п_t_АРВ можно определить, если известна система возбуждения и закон регулирования возбуждения. Пусть нам задана функция F(t), характеризующая закон изменения единичного тока статора при действии АРВ. Её граничные значения известны: для t = 0 F(t) = 0 и для t = µ функция F(t) = 1.

Действующее значение периодической слагающей тока КЗ с учетом АРВ определяется выражением

I_п_t_АРВ = I_п_t_б/АРВ + DI_прF(t),

где I_п_t_б/АРВ - периодическая слагающая тока при отсутствии АРВ; DI_пр - предельное приращение установившегося тока КЗ, равное разности установившихся токов при предельном и предшествующем возбуждениях.

При машинном возбуждении для генератора без демпферных обмоток функция F(t) имеет вид

F(t) = 1 - ( - )/( - ),

где - постоянная времени экспоненциальной функции, приближенно заменяющей сложную функцию нарастания возбуждения.

Для машин с демпферными обмотками функция F(t) имеет более сложный вид. В случае тиристорной системы возбуждения

F(t) = 1 - .

Для машин без демпферных обмоток при Т_е @ 0 периодическая составляющая тока КЗ генератора с АРВ выражается зависимостью

I_п_t = + [ - ] .

При известных значениях I_п_t можно определить ЭДС E_qt и

E_qt = I_п_t(Х_d + Х_вн); = I_п_t( + Х_вн).

Напряжение на выводах генератора рассчитывается как U_г_t = I_п_tХ_вн.

При отключении генератора от поврежденных шин ток статорной обмотки прерывается. Размагничивающая реакция статора прекращается. Однако она компенсируется благодаря возникновению размагничивающего свободного тока в обмотке возбуждения так, что результирующее потокосцепление в генераторе не изменяется. В начальный момент отключения переходная ЭДС , обусловленная результирующим потокосцеплением также не изменяется. Отключенный генератор находится в режиме холостого хода. Очевидно, что при этом = E _q = U в любой момент времени.

Если в момент коммутации t₁ величина = E _qt₁ = U _t₁< U_ном, то даже при отключении генератора с АРВ от поврежденной цепи форсировка будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на выводах генератора не станет равным U_ном. С учетом действия форсировки режим будет изменяться по закону

= E_qt₁ = U_t₁= E_q_пр + ( - E_q_пр) £ U_ном,

где t₁- момент времени, когда произошло отключение генератора (момент коммутации).

Форсировка возбуждения не всегда действует в момент отключения. При отключенных удаленных КЗ может возникнуть расфорсировка возбуждения, если = E_qt₁= U_t₁> U_ном.

При неограниченно длительном процессе (т.е. I_f = 0 и E_q = 0) расфорсировку генератора, работающего вхолостую можно описать уравнением

= E_qt₁= U_t₁= E_qt₁ £ U_ном.

При аварийных отключениях генератора от сети, а также при эксплуатационных отключениях вступает в действие (автоматически или полуавтоматически) автомат гашения поля. Его контактная система сначала подключает к обмотке возбуждения (возбудителю) резистор, а затем быстро отключает возбудитель (тиристорный возбудитель запирается). Электромагнитная энергия, запасенная обмоткой возбуждения, поглjщается резистором, генератор развозбуждается.

Процесс развозбуждения отключенного от сети генератора протекает без скачкообразного изменения режимных параметров генератора с постоянной времени

T_г = T_f₀/(1 + R_г /R_f),

где R_г, R_f - активные сопротивления соответственно резистора и обмотки возбуждения.

При полном развозбуждении I_f = 0 и E_q = 0 уравнение имеет вид

= E_qt = U_t = E_qt₂ ,