ЛЕКЦИЯ 7. ПРОЦЕССЫ В ЭЭС ПРИ ВНЕЗАПНОМ ИЗМЕНЕНИИ НАГРУЗКИ
При резком изменении нагрузки синхронного генератора возникают отклонения напряжения на шинах электростанции и частоты вращения приводных двигателей, что оказывает вредное влияние на работу потребителей электроэнергии. Поэтому для повышения качества электроэнергии необходима автоматическая стабилизация напряжения и частоты в ЭЭС. Разные системы возбуждения и регулирования напряжения СГ обеспечивают разное качество электроэнергии. Расчеты изменения напряжения СГ в динамическом режиме могут производится различными методами – аналитическим, графоаналитическим и с применением ЭВМ. Обычно расчеты отклонения напряжения производятся для следующих режимов:
-включение статической нагрузки;
-включение импульсной нагрузки;
- пуск асинхронного двигателя;
- переключение группы вращающихся асинхронных двигателй;
- грубой и точной синхронизации.
Качество напряжения в переходных режимах принято контролировать по координатам графика переходного процесса ( кривая на рис.7.1).
Рис. 7.1 Временная диаграмма провала напряжения СГ
Координаты переходного процесса означают:
А – начало переходного процесса( начало изменения тока нагрузки);
В – максимальный провал напряжения в ходе переходного процесса;
С – первое восстановление напряжения до уровня возможных отклонений в статическом режиме ( ен, - ен);
D – окончание переходного процесса.
Для количественной оценки переходного процесса выбраны следующие величины (координаты):
o – начальное изменение напряжения ( точка А);
m – максимальное изменение напряжения ( точка В);
tm - время, соответствующее максимальному отклонению напряжения ( точка В);
tв – время первого восстановления напряжения до уровня, допустимого в установившемся режиме ( точка С);
tу - время окончательного восстановления напряжения ( время затухания переходного процесса) ( точка D).
Вышеозначенные параметры нормируются Правилами эксплуатации ЭЭС, чтобы обеспечивалась нормальная работа всех потребителей. Особенно это относится к ∆um, tв, и tу.
Рассмотрим процесс изменения напряжения СГ при прямом пуске асинхронного короткозамкнутого двигателя, В процессе пуска двигателя его пусковой ток ( больше в 5-7 раз номинального) изменяется незначительно, имеет индуктивный характер и снижается лишь в конце процесса разгона ( рис.7.2). Это позволяет рассматривать наброс асинхронной нагрузки как включение некоторого постоянного индуктивного сопротивления хд. В этом случае процессы в СГ аналогичны тем, которые имеют место при внезапном к.з. Проникновение потока реакции статора в ротор соответствует тому, что индуктивное сопротивление генератора в неустановившемся режиме не остается постоянным: вначале оно равно х”d (сверхпереходный режим), затем увеличивается до x’d (переходный режим) и, наконец, достигает значения xd ( установившийся режим).
Поскольку время протекания пускового тока значительно больше времени сверхпереходного режима значение максимального снижения напряжения определяется интенсивностью затухания переходного процесса в синхронном генераторе и быстродействием системы автоматического регулирования напряжения ( САРН). Поэтому характер изменения напряжения можно представить как наложение процессов понижения напряжения генератора без регулятора (кривая 1 рис. 7.3а) и повышения напряжения генератора под действием САРН (кривая 2 рис.7.3 а), что в сумме дает результирующую кривую 3.Эта кривая характеризуется мгновенным провалом напряжения ∆uо , явно выраженным минимальным значением напряжения Umin при tm и полным временем восстановления tу
Рис.7.2 Характер изменения пускового тока в процессе разгона асинхронного двигателя.
Рис.7.3 Изменение напряжения синхронного генератора а) и напряжения возбуждения б) после включения нагрузки
Под действием САРН происходит нарастание напряжения на обмотке возбуждения и соответственно нарастания напряжения на зажимах генератора. ( по кривой 2). Нарастание напряжения возбуждения происходит по эспоненциальной кривой ( рис 7.3б ) Эта кривая характеризуется значением потолочного напряжения uп и скоростью нарастания напряжения К. Скорость К (В/с) показывает на сколько вольт увеличилось напряжение в течение 0.5 с с момента начала его нарастания. В целях упрощения расчетов прцесс нарастания напряжения возбуждения принимают прямолинейным (К = tg α) в соответствии с формулой uв =Кt. Коэффициент К имеет разные значения в зависимости от типа систем возбуждения генератора. Для генераторов с возбудителем постоянного тока К = 4÷ 6 ( в относительных единицах), для генераторов с самовозбуждением К > 15.
Значение максимального провала напряжения определяется интенсивностью затухания переходного процесса в генераторе ( кривая 1) и быстродействием САРН (кривая 2).