script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Что называется сверхпереходным током

Сверхпереходная э.д.с. и сопротивление

Ротор любого современного синхронного генератора оснащается еще одной обмоткой — демпферной (иногда говорят: успокоительным контуром). Назначение обмотки понятно из ее названия — демпфировать качания ротора около синхронной частоты вращения. Благодаря ей на валу ротора возникает момент, стремящий его к синхронной скорости всякий раз, когда эта скорость начинает изменяться.

При наличии демпферных обмоток компенсация реакции статора в продольной оси машины обеспечивается токами не только в обмотке возбуждения, но и в демпферных обмотках, благодаря чему компенсация происходит полнее, чем при их отсутствии.

В демпферной обмотке возникают токи, которые затухают значительно быстрее, чем ток в обмотке возбуждения (индуктивность демпферной обмотки существенно ниже индуктивности обмотки возбуждения).

Представим, что кроме обмотки возбуждения на роторе имеется по одной демпферной обмотке в продольной и поперечной осях. Для простоты расчетов примем, что обмотки статора и обе обмотки ротора в его продольной оси связаны между собой общим потоком взаимоиндукции Фad, который определяет реактивность продольной реакции xad. В такой машине внезапное приращение потока Фad вызовет ответную реакцию ротора, которая образуется из приращений потоков обмотки возбуждения Фfd и продольной демпферной обмотки Ф1d.

Баланс результирующих потоков должен сохраняться неизменным, т. е. будут соблюдаться следующие условия приращений величин:

— для обмотки возбуждения:

— для продольной демпферной обмотки:

Приравняв левые части выражений, получим связь между приращениями токов:

Совместную ответную реакцию двух обмоток в начальный момент переходного процесса можно заменить аналогичной реакцией от суммарного тока в одной эквивалентной обмотке по продольной оси ротора с реактивностью рассеяния xrd:

В итоге можно получить:

Следовательно, для получения реактивного сопротивления, которым характеризуется синхронная машина в продольной оси при внезапном нарушении режима, достаточно в выражение для x’d ввести вместо xf величину xrd.

Сделав такую подстановку и произведя преобразования, получим продольную сверхпереходную реактивность:

В поперечной оси ротора, где имеется только демпферная обмотка, существует поперечная сверхпереходная реактивность (реактивное сопротивление):

Э.д.с. за этими реактивностями в поперечной E»q и продольной E»d осях называют сверхпереходными. Они сохраняют свои значения неизменными в начальный момент нарушения режима и в результате справедливы следующие выражения:

где напряжения и токи — составляющие предшествующего режима.

Следовательно, в начальный момент внезапного нарушения режима явнополюсная машина с демпферными обмотками характеризуется реактивными сопротивлениями x «d и x «q и э.д.с. Е»q и E»d. Приставка «сверх» указывает на то, что данные параметры учитывают влияние демпферных контуров.

Схема замещения синхронного генератора:

.

Таким образом, неявнополюсная синхронная машина с демпферными контурами в первый момент нарушения режима должна замещаться сверхпереходными сопротивлением x «d и э.д.с. E»q.

Рассчитываемый синусоидальный ток КЗ I” при этом будет носить имя начального значения сверхпереходного тока КЗ. Но состоять он будет из составляющих сверхпереходной, переходной и составляющей установившегося тока КЗ. После того как в демпферных контурах токи затухнут (постоянная времени T”d), останутся только переходная и составляющая установившегося тока КЗ. В конечном итоге затухнет и переходная составляющая (постоянная времени T’d) и останется только установившийся ток КЗ.

Если машина не имеет демпферных контуров, то начальное значение тока КЗ будет только переходным током I’, состоящим из составляющих переходной и установившегося тока КЗ. Когда первая составляющая затухнет, то, так же как и в первом случае, останется только установившийся ток КЗ.

Можно сказать, что синхронная машина проявляет себя на разных стадиях переходного процесса разными параметрами. Соответственно меняются ее схемы замещения. Это и приводит к тому, что периодический ток КЗ имеет в начальный момент нарушения режима одну величину и со временем затухает до установившегося значения.

Синхронную машину характеризуют следующие постоянные времени (определяемые при номинальной частоте вращения ротора):

Td0 — постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора. Это время, в течение которого напряжение разомкнутой обмотки статора затухает до 1/е = 0,368 своего начального значения после внезапного изменения режима работы машины;

T’d — переходная постоянная времени по продольной оси при замкнутой накоротко обмотке статора. Это время, в течение которого медленно изменяющаяся составляющая продольного тока статора (переходная составляющая, связанная с изменениями потока обмотки возбуждения) затухает до 1/е = 0,368 своего начального значения после внезапного изменения режима работы машины;

T»d — сверхпереходная постоянная времени по продольной оси при замкнутой накоротко обмотке статора. Это время, в течение которого быстро изменяющаяся составляющая продольного тока статора (сверхпереходная составляющая, связанная с изменениями потока демпферной обмотки), наблюдаемая в течение нескольких первых периодов, затухает до 1/е = 0,368 своего начального значения после внезапного изменения режима работы машины;

Та — постоянная времени замкнутой накоротко обмотки статора. Это время, в течение которого свободная апериодическая составляющая тока КЗ затухает до 1/е = 0,368 своего начального значения после внезапного изменения режима работы машины.

Источник

Сверхпереходные ЭДС и реактивность синхронной машины

Продольная составляющая тока статора (индуктивный ток) создаёт поток реакции статора в продольной оси (поток взаимоиндукции между ротором и статором). Поток пронизывает обмотки ротора (обмотку возбуждения и демпферную обмотку в продольной оси) и определяет реактивность продольной реакции статора . Поток , создаваемый обмоткой возбуждения, проходит по тому же пути и поэтому также соответствует реактивности , которая является общей для трёх обмоток (обмотки статора, обмотки возбуждения и демпферной обмотки). Все три обмотки имеют потоки рассеяния, которым соответствуют сопротивления рассеяния , , (рис.6.6, а).

Рис. 6.6. К определению сверхпереходной реактивности синхронной машины в продольной оси

а) – исходная принципиальная схема, б и в – схемы замещения

В теоретической электротехнике разработаны методы преобразования магнитных цепей в электрические; в соответствии с которыми, магнитные сопротивления, в которых создаются потоки одной обмоткой, на электрической схеме заменяются параллельно соединёнными индуктивностями.

Результирующему потоку, пронизывающему обмотку возбуждения, соответствует ЭДС , а демпферную обмотку . Так как числа витков обмоток приведены (равны), то напряжения на зажимах трёх обмоток, пронизываемых одним потоком, одинаковы, и их можно соединить параллельно, получив при этом одну эквивалентную обмотку. Таким образом, магнитная связь заменяется электрической (рис.6.6, б).

Используя правила преобразования электрических цепей, заменим три параллельных ветви одной (рис.6.6, в). ЭДС эквивалентной цепи называется сверхпереходной ЭДС по поперечной оси, а эквивалентное сопротивление

сверхпереходным сопротивлением по продольной оси. С течением времени результирующие потоки затухают, поэтому также уменьшается.

Таким образом, в начальный момент КЗ при наличии демпферных обмоток на роторе генератора относительно большое сопротивление реакции статора шунтируется небольшими сопротивлениями рассеяния обмоток возбуждения и демпферной . Для типового турбогенератора мощностью до 100 МВт: = 1,32; = 0,11; = 0,125. Следовательно, сверхпереходное сопротивление синхронной машины всегда меньше, переходного.

В поперечной оси ротора имеется только демпферная обмотка, поэтому схема замещения синхронной машины в поперечной оси подобна схеме замещения в продольной оси машины без демпферных обмоток (рис.6.7).

Рис. 6.7. К определению сверхпереходной реактивности синхронной машины

В поперечной оси

а) – исходная принципиальная схема, б и в – схемы замещения

Сверхпереходная ЭДС в продольной оси создаётся результирующим потоком, пронизывающим демпферную обмотку в поперечной оси; поток создаётся поперечной составляющей тока статора и свободными токами этой демпферной обмотки. Эта ЭДС также сохраняет своё значение неизменным в первый момент КЗ. Выполняя такие же преобразования, как и ранее, получим схемы замещения синхронной машины в поперечной оси (рис.6.7, б и в)

Сверхпереходные ЭДС и можно найти из предшествующего нагрузочного режима. Так сверхпереходная ЭДС в поперечной оси равна

Сверхпереходные ЭДС сохраняют свои значения неизменными в начальный момент КЗ, поэтому используются для расчёта сверхпереходного тока. Если пренебречь током в поперечной оси, что допустимо в практических расчётах, то начальный ток КЗ определяется с помощью выражения

Читайте также:  Длительно допустимый ток кабеля ввгнг ls 5х25

6.5. Уравнения Парка – Горева

Решение дифференциальных уравнений в фазных координатах (6.1) представляет определённые трудности. Поэтому для упрощения решения система фазных координат А, В, С новой координатной системой d, q, 0, жёстко связанной с ротором. Эта система содержит только постоянные коэффициенты.

Связь между проекциями обобщённого вектора на координатные оси систем А, В, С и d, q, 0 может быть представлена (рис.5.4) выражениями:

Поскольку, если присутствует нулевая последовательность, то она одинаковая во всех трёх фазах и не оказывает влияние на обобщённые векторы, кроме того, нулевая последовательность отсутствует в генераторах, так как нейтрали последних не заземляются, следовательно, ток, напряжение и потокосцепление фазы А в соответствии с (6.5) можно выразить через новые переменные

Подставляя эти выражения в (6.1) и имея в виду, что , и — функции времени, при дифференцировании получим

После перегруппировки слагаемых это выражение представим в виде

Уравнение (6.6) должно быть удовлетворено при любом значении . Это возможно только при условии, что каждое из выражений, заключённых в скобки, тождественно равно нулю. Следовательно, данное выражение распадается на два:

Выражения для двух других фаз записываются аналогично. Уравнение для обмотки возбуждения остаётся таким же, как и в (6.1).

Таким образом, переход к координатам d, q, 0 позволяет получить систему дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами.

Уравнения (6.7) и (6.8) отражают теорию двух реакций синхронной машины и называются уравнениями Парка – Горева. Первые слагаемые этих уравнений представляют ЭДС трансформации, так как они определяются изменением величин соответствующих потокосцеплений. Вторые слагаемые – ЭДС вращения – определяются вращением ротора. В нормальном режиме ЭДС трансформации отсутствуют.

В ряде случаев можно упростить расчёт переходных процессов; для этого используется упрощённая форма уравнений Парка – Горева. Пренебрегая апериодическими составляющими токов и активными сопротивлениями, а также учитывая допущение, что отсутствуют качания ротора, уравнения (6.6) и (6.7) запишем в виде:

которые называются уравнениями Лебедева – Жданова.

По структуре эти уравнения ничем не отличаются от уравнений для симметричных установившихся режимов. Но в переходных процессах, входящие в эти уравнения напряжения и потокосцепления – переменные величины.

6.6. Физическая картина протекания переходного процесса в синхронной машине при трёхфазном КЗ

При работе синхронного генератора его ротор приводится во вращение первичным двигателем (турбиной) и вращается с синхронной скоростью . К обмотке возбуждения подводится постоянное напряжение от специального источника постоянного тока − возбудителя. По обмотке возбуждения протекает постоянный ток , создающий постоянный магнитный поток обмотки возбуждения , вращающийся со скоростью .

Магнитный поток , пронизывая обмотки статора, индуцирует в них ЭДС, которые при наличии нагрузки создают в обмотках статора фазные токи , , .

В установившемся режиме работы СМ в обмотках статора протекают установившиеся периодические синусоидальные токи с неизменными амплитудами и фазами, являющиеся токами прямой последовательности. Вращающееся магнитное поле токов статора и поле тока обмотки возбуждения имеют постоянную амплитуду и неподвижны относительно ротора. Токи в демпферных контурах отсутствуют.

Процессы в СМ при отсутствии демпферных обмоток. В стационарном режиме создаваемый током статора магнитный поток в основном замыкается, пройдя воздушный зазор через полюсы и массив ротора. Поскольку сопротивление для магнитного потока относительно мало, то индуктивность, пропорциональная величине магнитного потока оказывается большой. В продольной оси ротора она определяет известную синхронную реактивность .

При возникновении КЗ ток в обмотке статора возрастает и, следовательно, увеличивается поток реакции статора . В начальный момент КЗ приращение реакции статора полностью компенсируется ответной реакцией ротора. Приращение потока магнитного поля ротора поддерживается свободными токами в обмотке возбуждения. Поток ротора вытесняет поток статора в зазор, на пути рассеяния обмотки возбуждения. В этих условиях намагничивающая сила статора создаёт меньший магнитный поток, что и обуславливает меньшую величину переходной продольной реактивности по сравнению с реактивностью .

С течением времени за счёт активных сопротивлений в цепи обмотки возбуждения ток ротора и соответствующий ему поток уменьшаются, поток статора входит в ротор, происходит размагничивание магнитной системы машины, что приводит к уменьшению тока в обмотке возбуждения и пропорциональных ему ЭДС и тока статора:

где — начальный свободный переходный ток, — постоянная времени обмотки возбуждения, если к обмотке статора подключено сопротивление , т.е. постоянная времени свободного переходного тока статора (без учёта демпферной обмотки).

Начальный переходный ток КЗ определяется из формулы (6.3)

Установившейся ток, соответствующий принуждённой ЭДС

Выражение (6.9) определяет обобщённый ток трёхфазной системы токов статора. Кривая действующего значения тока, соответствующая (6.9) приведена на рис.6.8.

Рис.6.8. Кривая действующего значения тока КЗ при замыкании на выводах статора синхронной машины без демпферных обмоток

Влияние демпферных обмоток на ток короткого замыкания. Упрощённо можно считать, что демпферная обмотка приводит к возникновению дополнительного свободного сверхпереходного тока

где — постоянная времени демпферной обмотки при замкнутой обмотке статора, — начальный сверхпереходный ток.

Ток КЗ в любой момент времени

Выражение (6.6) с двумя постоянными времени с допустимой для практики погрешностью (10-15%) позволяет определить периодический ток. В действительности процесс протекает сложнее. Демпферные обмотки и тело ротора имеют много контуров, свободные токи вначале протекают по поверхности ротора, постепенно проникая во внутрь. Магнитная связь между продольной демпферной обмоткой и обмоткой возбуждения исключает независимое изменение тока в любой из них.

В начальный момент ответная реакция ротора проявляется благодаря демпферной обмотке. Затем апериодический ток проникает в демпферную обмотку. Демпферная обмотка несколько увеличивает свободный переходный ток, но уменьшает его постоянную времени. Кривая тока в соответствии с выражением (6.10) приведена на рис.6.9.

Рис.6.9. Кривая действующего значения тока КЗ при замыкании на выводах статора синхронной машины с демпферными обмотками

Влияние автоматического регулятора возбуждения на процессы в синхронной машине. Автоматическим регулятором возбуждения (АРВ) называется устройство релейной форсировки возбуждения, которое приходит в действие при определённом снижении напряжения генератора (например, при КЗ). Релейная форсировка является простой, но эффективной мерой повышения устойчивости работы генераторов, а также потребителей электроэнергии. Релейная форсировка характеризуется предельным (потолочным) током возбуждения, скоростью нарастания напряжения и вынужденного тока возбуждения.

Существенной особенностью данного режима работы является нелинейность характеристики возбудителя и машины (вследствие насыщения зубцов ротора и других элементов на пути магнитного потока).

Для упрощения решения задачи расчёта тока КЗ характеристики машины примем линейными, соответствующими некоторому среднему насыщению. При этом можно считать, что действие АРВ заключается в увеличении тока КЗ (независимо от наличия демпферных обмоток). Выражение для тока КЗ можно представить в виде

где — предельное приращение установившегося тока КЗ за счет АРВ, – функция, определяющая закон приращения во времени синхронной ЭДС вследствие форсировки возбуждения машины (зависит от постоянных времени сверхпереходного тока и обмотки возбуждения); — периодическая слагающая тока КЗ при отключённом АРВ (вычисляется по формулам (6.9) или (6.10) в зависимости от наличия демпферных обмоток). Кривая тока КЗ при наличии АРВ приведена на рис.6.10. Действие АРВ начинает проявляться спустя некоторое время после КЗ (около 0,5 с) вследствие инерции магнитных потоков, сцеплённых с обмотками.

Рис.6.10. Кривая действующего значения тока КЗ при замыкании на выводах

Источник



Лекция 4

date image2015-04-12
views image2284

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Вопрос 4.1 Понятие о переходных и сверхпереходных ЭДС и индуктивных сопротивлениях синхронного генератора

Рассмотрим на векторной диаграмме баланс магнитных потоков в продольной оси ротора машины в нескольких режимах:

а) режиме холостого хода;

б) нагрузочном режиме;

Читайте также:  Главный фактор при поражении электрическим током

Рисунок 4.1 — Баланс магнитных потоков синхронной машины:

ФВ – суммарный поток обмотки возбуждения; ФВs — поток рассеяния обмотки возбуждения; Фd — полезный поток, создаваемый обмоткой возбуждения; результирующий магнитный поток, сцепленный с обмоткой возбуждения ФВå; Фad — поток реакции статора

В режиме холостого хода машины полный поток обмотки возбуждения ФВ, состоящий из потока рассеяния ротора ФВs и полезного потока Фd равен результирующему магнитному потоку, сцепленному с обмоткой возбуждения ФВå.

В нагрузочном режиме возникает поток реакции статора Фad, определяемый его током. Появление потока Фad уменьшает результирующий поток Фвå.

В момент возникновения КЗ, при наличии рассеяния обмоток ротора, результирующий поток Фdd, а следовательно и результирующая э.д.с. Edd изменяют свое значение (уменьшаются) скачком. благодаря тому, что часть намагничивающей силы, создаваемой свободным апериодическим током обмотки возбуждения, будет израсходована на создание добавочного потока рассеяния обмотки возбуждения DФвs и не будет участвовать в компенсации дополнительного потока реакции якоря. Это объясняется тем, что полный поток Фв, создаваемый током возбуждения Iв при наличии рассеяния, равен: Фв==Фdвs.

В момент возникновения КЗ поток реакции якоря возрастает на DФad0. Для компенсации приращения DФad в обмотке возбуждения наведется дополнительный ток, который создает приращение

Так как поток DФвs замыкается по пути рассеяния обмотки возбуждения, то полной компенсации потока DФad не получается, т. е. оказывается DФd

(4.2)

Прибавив к сопротивлению хadв сопротивление рассеяния статора хs, получаем общее индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси в переходном режиме генератора

именуемое продольным переходным индуктивным сопротивлением генератора.

Оставшаяся часть магнитного потока реакции статора, т. е. Фad — Фadв и полезный поток Фd, создаваемый совместным действием тока возбуждения Iв и свободного тока DIв, возникающего в обмотке возбуждения в момент внезапного нарушения режима, образуют поток Ф / d.

где Ф ‘ – является тем результирующим потоком ротора, который сцеплен с обмоткой статора в момент нарушения режима.

Соответственно для э.д.с., определяемых этими потоками, можно записать

(4.2)

где E ‘ d — носит название продольной переходной э.д.с. генератора;

Id и Ud продольные ток статора и напряжение генератора при предшествующем режиме.

Вследствие того, что магнитные потоки DФad — DФadв и DФ / d в момент возникновения КЗ полностью компенсируются, переходная э.д.с. E / d обуслов­ленная магнитным потоком Фd‘, сохраняет свое значение в момент нарушения режима. Поэтому положив в выражении (4.2) напряжение Ud=0, легко определяем начальное действующее значение периодической слагающей тока КЗ по продольной оси

Начальное значение переходной э.д.с. Еd определяется из выражения (4.2) по имеющимся значениям напряжения Ud и тока Id для предшествующего режима.

Таким образом, учет рассеяния ротора находит свое отражение в равной мере как при определении E ‘ d, так и х ‘ d.

Введение перходной э.д.с. E ‘ d и переходного индуктивного сопротивления х ‘ d, по существу, равноценно замене синхронной машины, ротор которой имеет рассеяние, машиной с ротором без рассеяния, но с соответственно увеличенным рассеянием статора и увеличенной результирующей э д.с. в обмотке статора (рис. 4.2).

Таким образом, явнополюсная машина так же, как и неявнополюсная синхронная машина без демпферных обмоток, в переходном режиме может быть представлена ЭДС Е d за сопротивлением х’d так, как это показано на рис4.2.

Рисунок 4.2 — Эквивалентная схема замещения синхронного генератора без успокоительных обмоток в продольной оси

Сверхпереходные э.д.с. и индуктивные сопротивления. По аналогии с изложенным выше установим параметры и величины, характеризующие синхронный генератор с успокоительными обмотками в момент внезапного КЗ при наличии рассеяния обмоток ротора.

Для этого рассмотрим этот генератор сперва в продольной оси. Используя принцип постоянства результирующих потокосцеплений обмоток, можно и в данном, более сложном, случае, когда имеются три магнитносвязанных обмотки, выявить ту э.д.с., которая сохраняет свое значение в момент внезапного изменения режима неизменным, и установить соответствующую ей реактивность машины.

Результирующая э.д.с. обмотки статора Edd, определяемая магнитным потоком в воздушном зазоре по продольной оси Фdd, в момент внезапного КЗ изменяет свое значение скачком. Благодаря наличию рассеяния обмотки возбуждения и успокоительной обмотки не происходит полной компенсации приращения потока реакции статора DФad за счет приращения потоков DФd и DФуd, вызываемых наведенными в этих обмотках свободными токами. Поэтому в качестве расчетной должна быть принята другая э.д.с., отличная от Edd . Для определения искомой э.д.с. используем принцип постоянства результирующих потокосцеплений обмотки возбуждения и успокоительной обмотки, в соответствии с которым сумма приращений магнитных потоков, пронизывающих каждую из обмоток ротора в момент внезапного изменения режима машины, должна быть равна нулю. Исходя из этого, для обмоток ротора можно записать следующие равенства для обмотки возбуждения

для успокоительной обмотки (продольной)

где DФвd и DФвd — приращения полезного потока и потока рассеяния, вызванные свободным током, наведенным в обмотке возбуждения;

Из последних выражений вытекает, что добавочные потоки рассеяния обмоток ротора (возбуждения и успокоительной) равны между собой

и что часть магнитного потока продольной реакции статора DФаd, численно равная добавочным потокам рассеяния DФвd = DФуdd остается нескомпенсированной в момент возникновения КЗ и вытесняется из ротора добавочными потоками рассеяния DФвd и DФуdd , образуя совместно с ними поток Фаdву (рис.4.3). Поток Фаdву замыкается по путям потока реакции якоря и рассеяния обмоток возбуждения и успокоительной. По аналогии с выражением (4.2) получаем величину добавочного индуктивного сопротивления обмотки статора, соответствующего потоку Фаdву

где хуdd индуктивное сопротивление рассеяния продольной успокоительной обмотки.

Рисунок 4.3 – Магнитные потоки в продольной оси явнополюсного синхронного генератора с продольной успокоительной обмоткой в момент внезапного КЗ

Прибавив к нему сопротивление хσ, связанное с потоком рассеяния обмотки статора Фd (см. рис. 4.3), получаем выражение для продольного сверхпереходного индуктивного сопротивления

Оставшаяся часть магнитного потока продольной реакции статора, т. е. ФаdФаdву (см. рис. 4.3), и полезный поток Фd, создаваемый совместным действием тока возбуждения Iв и свободных токов DIв и DIуd, возникающих в обмотке возбуждения и успокоительной обмотке в момент внезапного нарушения режима, образуют поток , сцепленный с обмоткой статора и продольными обмотками ротора

Эти потоки обусловливают в обмотке статора соответствующие им э.д.с.:

(4.3)

где — продольная сверхпереходная э. д. с. ;

Ud и Id — напряжение и ток предшествующего режима по продольной оси генератора;

хd = xad+xd – полное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси.

Благодаря тому, что магнитные потоки DФаdФаdву и DФd = DФвd — DФуd в момент возникновения КЗ полностью компенсируются, сверхпереходная э.д.с. в момент нарушения режима сохраняет свое прежнее значение. Это обстоятельство позволяет использовать э.д.с. вместе с для определения тока в обмотке статора при внезапном трехфазном КЗ. Приняв в уравнении (4.3) Ud=0, что соответствует случаю КЗ на выводах генератора, легко определить начальное действующее значение периодической слагающей тока КЗ по продольной оси

Начальное значение э.д.с. определяется из выражения (4.3), где значения напряжения Ud и тока Id должны быть приняты теми, какими они были у машины до момента нарушения режима ее работы.

Три магнитно-связанные обмотки в продольной оси синхронного генератора могут быть представлены эквивалентной схемой замещения, представленной на рис.4.4.

Рисунок 4.4 – Эквивалентные схемы замещения синхронного генератора с успокоительными обмотками в продольной оси

Читайте также:  Твердотельные реле управляемые током

Здесь сопротивления ветвей хаd, хвd и хаdd включены параллельно между собой и последовательно с хd . В результате генератор представлен в продольной оси э. д. с. и сопротивлением .

1. Учет наличия рассеивания в обмотке возбуждения приводит к понятиям переходной э.д.с. и переходного сопротивления, причем x’d хкр , АРВ установит у генератора за некоторый промежуток времени номинальное напряжение. При этом необходимый ток возбуждения Iв будет меньше предельного
(Iв.пр > Iв>. ). Чем больше внешнее сопротивление xвн, тем скорее напряжение генератора под действием АРН достигнет нормального значения.

Влияние АРВ на процесс короткого замыкания можно проследить по кривым изменения переходного тока при различной уда­ленности места короткого замыкания (рис. 4.6,а — для случая хвн хкр). Кривые тока короткого замыкания при наличии АРВ лежат выше соответствующих заданной удаленности кривых затухания при отсутствии АРВ. При большой удаленности установившийся ток короткого замыкания, как это видно из рис. 4.6,б, может превышать начальное его значение.

Таким образом, если при отсутствии АРВ ток установившегося режима всегда меньше начального тока короткого замыкания и лишь при весьма удаленных коротких замыканиях , то при наличии автоматического регулирования соотношение между начальным и установившимся значениями тока короткого замыкания, в зависимости от удаленности короткого замыкания может быть

Под действием АРВ ток возбуждения стремится к своему предельному значению Iв.пр и достигает его при установившемся режиме, если хвн £ хкр . Как указывалось выше, при хвн > хкр, напряжение на выводах генератора при КЗ достигает через некоторое время, называемое критическим, нормального значения Uн при токе возбуждения Iв

Источник

Начальный сверхпереходный ток КЗ

Периодическая составляющая начального тока КЗ может быть определена, исходя из принципа первоначального результирующего потокосцепления ротора при внезапном нарушении режима работы генератора.

Поскольку в момент внезапного нарушения нормального режима потокосцепление ротора остаётся неизменным, наведенная в статоре ЭДС в начале переходного процесса также не меняется. Как показано в главе 6, сверхпереходные и индуктивные сопротивления определяются

Для машин мощностью до 100 МВт при их полной нагрузке, номинальном напряжении и cos до КЗ средние значения , и в О.Е. составляют 0,13 и 1,078 (турбогенераторы); 0,25 и 1,21 (гидрогенераторы).

Поскольку переходные и сверхпереходные ЭДС близки к единице, в приближённых практических расчётах при любых значения нагрузки, предшествующей КЗ, часто принимают . В тех случаях, когда нагрузку предварительного режима машины требуется учесть, для определения ЭДС используют выражения (7.5).

Начальный ток КЗ рассчитывают в следующем порядке: задаются базисными условиями (Sб Uб); составляется схема замещения, в которой все элементы расчётной схемы приводят к выбранным базисным условиям (при расчете в О.Е.) или к одной ступени напряжения (при расчете в именованных единицах); полученную схему замещения путём соответствующих преобразований приводят к простейшему виду и определяют результирующую эквивалентную ЭДС (или ) и результирующее сопротивление (или ) относительно точки КЗ.

Искомое начальное значение периодической составляющей тока КЗ равно:

где х – суммарное реактивное сопротивление относительно точки КЗ, О.Е.

Значение тока в именованных единицах определяется:

где кА – базисный ток, рассчитанный при среднем напряжении ступени КЗ.

При определении ударного тока КЗ обычно учитывают затухание лишь апериодической составляющей тока, считая, что амплитуда сверхпереходного тока за полпериода сохраняет свое начальное значение. При этом ударный ток, определяемый для наиболее тяжелых условий, будет:

где Ку – ударный коэффициент, значение которого определяется аналитически, или Ку может быть определен из графика (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Зависимость ударного коэффициента Ку
от постоянной времени Та

Если к точности расчета не предъявляется особых требований, то в этих случаях принимают следующие значения постоянной времени и ударного коэффициента:

1. При КЗ на шинах, питаемых непосредственно от генераторов средней и большой мощности: Та = 0,09 с, Ку = 1,9.

2. При КЗ в установках и сетях напряжением выше 1 кВ: Та = 0,045 с, Ку = 1,8.

3. При КЗ на стороне низшего напряжения понижающих трансформаторов мощностью 1,6 МВ·А и ниже: Та = 0,008 с, Ку = 1,3.

7.5. Учет и влияние нагрузки в начальный момент
переходного процесса

Важным фактором в начальный момент внезапного нарушения режима является поведение подключённой нагрузки. Влияние нагрузки в начальный момент зависит от значения остаточного напряжения в месте её присоединения и удалённости от точки КЗ. При нагрузка является дополнительным источником тока КЗ, и чем ближе она расположена к точке КЗ, тем сильнее сказывается её роль в питании места повреждения. Поэтому в практических расчетах сверхпереходного тока в точке КЗ и ближайших к ней ветвях учитывают только те нагрузки и отдельные двигатели, которые непосредственно связаны с точкой КЗ или расположены на небольшой электрической удалённости от неё.

При расчётах сверхпереходного режима индивидуально учитываются синхронные генераторы и компенсаторы, а также мощные синхронные и асинхронные двигатели. Электродвигатели относительно небольшой мощности и все двигатели, связанные с точкой КЗ через трансформаторы или реакторы, относят к обобщенной нагрузке.

Величины сверхпереходных ЭДС и реактивных сопротивлений нагрузки определяются из таблицы 7.1.

В связи с тем, что нагрузочные ветви характеризуются различными ударными коэффициентами, то при расчёте токов КЗ в сложных схемах нежелательно применять метод эквивалентных ЭДС, т. е. заменять одним эквивалентным лучом генераторную и нагрузочную ветвь. Поэтому нагрузку, присоединенную непосредственно к точке КЗ, необходимо выделять в отдельную ветвь, т. е.

где – начальный сверхпереходный ток от генераторов;

– начальный сверхпереходный ток от нагрузки;

KуГ, kун – ударные коэффициенты генераторов и нагрузок.

В установившемся режиме нагрузка учитывается ЭДС и сопротивлением , приведенным к номинальной мощности нагрузки к среднему напряжению ступени, где она присоединена.

Вид нагрузки Сверхперех. ЭДС, Сверхперех. сопротив. Ударный коэффициент,
1. Асинхронный двигатель мощностью более 5 МВт 0,9 0,2 1,8
2. Асинхронный двигатель мощностью 0,2. 5 МВт 0,9 0,2 1,6
3. Асинхронный двигатель мощностью менее 0,2 МВт 0,9 0,2 1,0
4. Обобщенная нагрузка 0,8 0,35 1,0
5. Перевозбужденный синхронный двигатель 1,1 0,2 1,0. 1,8 в зависим. от мощности
6. Недовозбужденный синхронный двигатель 0,9. 1,0 0,2 -«-
7. Синхронный компенсатор 1,2 0,2 -«-

Пример 7.1. Вычислить сверхпереходный и ударный токи при КЗ в точке К. Расчет произвести с учетом всех присоединенных нагрузок.

Исходная схема Схема замещения

Рис. 7.7. Расчётная схема (а) и схема замещения к примеру 7.1

1. Выбираем базисные условия МВ·А, кВ, кА.

Относительные значения ЭДС для генераторов принимаем по табл. 4.2.

2. Приводим величины сопротивлений к выбранным базисным условиям:

асинхронного двигателя ; нагрузки Н2 .

Упрощая схему, находим: ,

Начальный сверхпереходный ток со стороны трансформатора Т2 находится по выражению:

Ток со стороны синхронного компенсатора:

Ток со стороны генератора и нагрузки Н1:

Остаточное напряжение в точке Гш:

Поскольку остаточное напряжение в точке и больше ЭДС нагрузки Н1, равной 0,8, то она не является источником питания и ее можно не учитывать.

Ток от асинхронного двигателя:

Ток от обобщенной нагрузки Н2:

Ударный ток в точке КЗ с учетом подпитки от АД ( ) и ОН2( ) будет:

В данном случае участие АД составляет: .

Участие обобщенной нагрузки Н2: .

При более упрощенном расчете, если пренебречь нагрузкой Н1 и синхронным компенсатором СК, ток со стороны трансформатора Т2 будет:

, т. е. эта составляющая оказалась преуменьшенной на .

Дата добавления: 2015-05-19 ; просмотров: 4803 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник