Глава 11

11.4. Результирующая устойчивость

Результирующая устойчивость характеризует способность системы самопроизвольно восстанавливать синхронную работу после кратковременного нарушения устойчивости.

Если выпавшая из синхронизма система после устранения причины нарушения устойчивости вновь втягивается в синхронизм, то считают, что система с подключенными к ней генераторами обладает результирующей устойчивостью. При расчете переходных процессов, вызванных нарушением устойчивости, пользуются понятиями асинхронного режима и асинхронного момента.

Асинхронным называется режим работы системы при больших отклонениях частоты вращения роторов генераторов или двигателей от синхронной частоты. Выпадение генератора из синхронизма сопровождается резким повышением частоты вращения ротора.

При асинхронном ходе и частоте, большей чем синхронная, генератор работает как асинхронный и генерирует активную мощность, которая называется асинхронной.

Причинами появления асинхронного режима могут быть: исчезновение тока возбуждения; нарушение динамической устойчивости после резкого возмущения; нарушение статической устойчивости сильно перегруженной системы при слабом возмущении.

Возникновение асинхронного режима приводит к различным нарушениям нормальной работы СЭС:

могут появляться периодические понижения напряжения, при которых затормаживаются двигатели и отключаются пускатели в сети напряжением 0,4 кВ, а также понижается устойчивость параллельной работы генераторов в синхронно работающих частях ЭЭС; из-за снижения напряжения и увеличения тока может нарушиться селективная работа релейной защиты;

возникают колебания активной мощности, при которых появляется знакопеременный момент на валу турбины, приводящий к дополнительным механическим усилиям;

возможно возникновение резонансных колебаний, опасных для оборудования и синхронной работы частей ЭЭС;

при наличии между отдельными частями ЭЭС большого активного сопротивления увеличивается дефицит активной мощности в приемной части системы.

В асинхронном режиме генератор, кроме момента, обусловленного его возбуждением, развивает еще и асинхронный момент под действием свободных токов, которые возникают в его обмотке возбуждения и демпферных контурах из-за движения ротора по отношению к полю, созданному внешними э.д.с.

Наличие несимметрии генератора (явнополюсность, одноосность обмотки возбуждения и т. д.) приводит к тому, что его асинхронная мощность пульсирует около некоторого среднего значения (рис. 11.17). Аналогично изменяются реактивная мощность и напряжение.

Таким образом, асинхронный момент генератора может быть представлен в виде двух составляющих: среднего асинхронного момента и знакопеременного. Первый зависит от типа и конструкции генератора, а также от среднего скольжения; второй не оказывает существенного влияния на протекание асинхронного режима и им в расчетах пренебрегают.

Средний асинхронный момент генератора, подключенного непосредственно к шинам неизменного напряжения, определяется выражением

(11.26)

где s - скольжение (в отличие от асинхронных двигателей здесь за положительное принято скольжение при частоте вращения ротора, большей чем синхронная); - постоянная времени обмотки возбуждения при замкнутой обмотке статора; и - сверхпереходные постоянные времени генератора в продольной и поперечной осях; ,, - синхронное, переходное и сверхпереходное сопротивления генератора по продольной оси; , -синхронное и сверхпереходное сопротивления генератора по поперечной оси.

Из (11.26) следует, что асинхронный момент генератора имеет три составляющие:

(11.27)

Рис. 11.17. Пульсация асинхронной мощности генератора

Рис. 11.18. Зависимость асинхронного момента генератора и его составляющих от скольжения

которые обусловлены действием обмотки возбуждения , а также демпферных продольной и поперечной обмоток.

Зависимость асинхронного момента генератора и его составляющих от скольжения изображена на рис. 11.18. Видно, что наибольший вклад в вносит составляющая .

Скольжения, соответствующие максимальным значениям отдельных составляющих асинхронного момента, можно определить, если продифференцировать выражения , , по скольжению и приравнять производные к нулю.

Тогда из равенства

находим

(11.28)

а из аналогичных равенств и получаем

Из (11.28) следует, что чем больше постоянная времени контура, в котором находятся свободные токи, тем меньше скольжение, соответствующее максимуму асинхронного момента.