Практическое занятие №7

Практическое занятие №7
УСЛОВИЯ РЕСИНХРОНИЗАЦИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ И ДВИГАТЕЛЕЙ
Для большинства синхронных машин асинхронный режим не представляет опасности. Сомнения в
допустимости этого режима могут возникнуть в связи с опасностью нарушения устойчивости
остальной части системы, в которой мощный генератор работает асинхронно. В этом режиме
генератор обычно потребляет из системы значительную реактивную мощность. Это приводит к
увеличению тока статора. Поскольку предельная величина тока статора ограничена, предельная
активная мощность генератора также ограничивается 50...70 % номинальной мощности, а у
крупных турбогенераторов - 30...50 %. Это приводит к дефициту активной мощности в
системе, что является существенным недостатком асинхронного режима.
Возможность работы в асинхронном режиме и ее длительность ограничены опасностью
повреждений самого генератора. Турбогенератору разрешается работать в асинхронном режиме
15...30 минут, длительность работы гидрогенератора более кратковременна и составляет несколько
минут.
Восстановление нормальной работы возможно без отключения от сети выпавшего из
синхронизма генератора. Можно оставить его на некоторое время в асинхронном режиме, а затем
заставить снова войти в синхронизм, осуществив ресинхронизацию.
Одно из условий успешной ресинхронизации можно получить, используя выражение (11.6).
Если скольжение, с которым работает генератор в асинхронном режиме, станет равным нулю, то
это означает, что скорость вращения генератора стала синхронной, при этом
S
2
max
2

Tj
 MAX
 Md

В этом случае среднее значение скольжения

SСР 
1
Md
2T j 
Условие S = 0 необходимое, но недостаточное для втягивания генератора в синхронизм. Для
выявления второго условия рассмотрим протекание процесса ресинхронизации, показанного на
рис. 11.4. Предположим, что увеличение тока возбуждения повышает синхронный вращающий
момент, что в свою очередь приводит к росту пульсаций скольжения. При каком-то значении
синхронного момента скольжение пройдет через нуль, что свидетельствует о наступлении
синхронного режима. Избыточный момент, определяющий движение генератора в асинхронном
режиме, состоит из трех составляющих:
M=М т -М с -М ас ,
где Мт - момент турбины; Мс, Мас - синхронный и асинхронный моменты. Когда скольжение
становится равным нулю, асинхронный момент также равен нулю. Следовательно, условием
втягивания генератора в синхронизм будет Мс > Мт.
При таком соотношении моментов и S = О на вал генератора действует тормозной
избыточный момент, который вызывает уменьшение угла . Ротор генератора начинает
движение в сторону его уменьшения, площадь торможения аbс уравновешивается площадью
ускорения cde, происходят затухающие колебания около точки с.
Рис. 11.4. Ресинхронизация синхронного генератора
Ввиду того, что ток возбуждения продолжает увеличиваться, отсчет площадей производится от
характеристики синхронного момента, соответствующего более высокому току возбуждения
(изображена пунктирной линией). Необходимо подчеркнуть, что увеличение тока возбуждения в
процессе ресинхронизации приводит к более быстрому втягиванию генератора в синхронизм,
демпфированию колебаний угла  во времени.
Если условие Мс > Мт не выполняется, то ресинхронизация будет неуспешной, угол продолжит
возрастать, а генератор останется в асинхронном режиме.
После вхождения в синхронизм регулятор скорости турбины начинает увеличивать впуск
энергоносителя, вследствие чего возрастает момент турбины. Это приводит к увеличению площади
ускорения и уменьшению площади торможения, что может вызвать выпадение из синхронизма в
одном из последующих циклов качаний. Избежать выпадения из синхронизма можно, регулируя
надлежащим образом ток возбуждения.
Процесс ресинхронизации может быть рассчитан методом последовательных интервалов с
учетом характеристик турбин и их регуляторов скорости.
Восстановление синхронного режима работы синхронных двигателей производится для
ответственных механизмов, сохранение которых в работе необходимо по условиям техники
безопасности или технологии производства. Оно может осуществляться разными способами:
- ресинхронизацией;
- ресинхронизацией с автоматической разгрузкой рабочего механизма (если она допустима) до
такой степени, при которой обеспечивается втягивание двигателя в синхронизм;
- отключением двигателя и повторным его автоматическим пуском.
В последнем способе при сохранении возбуждения двигателя важное значение имеет его
синхронное включение. При несовпадении по фазе векторов напряжений синхронизируемого
двигателя и сети возникает ударный ток включения, который приближенно может быть определен
как
I УД .ВКЛ  2
1.8E ''
,
x M''  xC


где Е" - геометрическая разность между ЭДС двигателя Е"q и напряжением сети; х”M, хс сопротивление двигателя и системы.
При  =  ударный ток имеет наибольшее значение и может вызвать повреждение обмоток
двигателя при его включении. Предотвращает это ускоренная синхронизация, алгоритмы
которой разработаны на кафедре автоматизированных электроэнергетических систем НГТУ [8].
Если работа устройства, осуществляющего ускоренную синхронизацию, основана на регистрации
мгновенных значений напряжений на синхронизируемых шинах, то происходит постоянное
сравнение значений напряжений по концам выключателя, осуществляющего ресинхронизацию.
Как только разность U = U1 – U2 превысит наперед заданное значение, зависящее от
погрешности измерения, начнется определение ускорения расхождения векторов U1 и U2:

1   2
t
где 1 и 2 - скорости вращения векторов напряжений U1 и U2; t-время, за которое произошло
увеличение скорости 1 до 2.
После определения ускорения вычисляются текущий угол и угол опережения. Текущий угол
находится по моментам прохождения через нуль напряжений U1 и U2 Для включения двигателя
после проворота его ротора при угле  = 2 необходимо команду на включение выключателя
подавать с некоторым опережением по времени. При этом угол опережения получают из
соотношения
 ОП  St B. B 
t B.B
2
,
где S, а - текущие значения скольжения и ускорения ротора; tВ.В -собственное время включения
двигателя. Условие срабатывания выключателя запишется в виде ВКЛ = СРАБ + ОП > 2, при его выполнении подается сигнал на включение выключателя.
Описанный алгоритм обеспечивает ускоренную синхронизацию в случае кратковременной
потери питания двигателя, которая может возникнуть из-за КЗ на питающей линии либо ее
отключения, а затем включения от АПВ двигателя.