ПП в синхронных генераторах прикз (сАВР, без АВР)

Расчетные схемы и параметры элементов

1) На первом этапе расчета аварийных режимов КЗ на основе принципиальной схемы составляют – расчетную схему (РС).

РС соответствует аварийным режимам СЭС, и на ней в однолинейном изображении показывают: источники СЭС; точку КЗ и все силовые элементы, по которым возможно протекание I_кз или его составляющих (т.е. генераторы, синхронные компенсаторы, статические источники реактивной мощности, силовые трансформаторы и автотрансформаторы, реакторы, воздушные и кабельные линии, связывающие источники питания с точками КЗ, малоудаленные электрически обобщенные нагрузки).

В расчетной схеме учитываются электродвигатели, как источники подпитки точек КЗ при их небольшей удаленности и S_сум ≥ 1000 КВА.

Под электрической удаленностью от точки КЗ до источника питания или подпитки понимают сопротивление короткозамкнутой цепи, в относительных единицах:

если X_Σ*>3 – удаленное КЗ

если X_Σ*≤3 – малоудаленное КЗ

Можно оценивать удаленность КЗ по отношению тока источника в начальный момент КЗ к его номинальному току, если отношение ≥ 1 – малоудаленное, если отношение < 1 – удаленное.

2) На втором этапе на расчетной схеме замещения отмечают точки КЗ, и указывают вид КЗ, уточняют расчетные условия (какие ее элементы должны быть включены, момент времени КЗ и т.д.).

Каждый элемент схемы характеризуется соответствующими параметрами (см. табл.2).

Схема замещения составляется на основе ее расчетной схемы для начального момента переходного процесса. Ее компонуют для каждой точки КЗ и в нее включают те элементы расчетной схемы, по которым возможно протекание I_к.з. или его составляющих к данной точке КЗ.

ПП в синхронных генераторах прикз (сАВР, без АВР)

I. Генератор с отключенным АРВ.

В такой машине ток возбуждения i_f остается постоянным и обеспечивает неизменный магнитный поток возбуждения Ф_f = const.

Особенность данного случая: параметры генератора и их изменение существенно влияют на ход процесса КЗ.

Кривая изменения полного тока КЗ и его отдельных составляющих (момент возникновения КЗ соответствует случаю, когда апериодическая составляющая тока и полный ток достигают максимального значения), изображены на рис. 5.

Рис.5. Изменение полного тока КЗ и его составляющих

При работе генератора на холостом ходу под действием тока ротора в машине наводится поток возбуждения Φ_f:

1) в момент возникновения КЗ (t = 0) в статоре генератора появляется ток (рис. 6). Периодическая составляющая тока отстает от напряжения на выводах генератора на угол φ_к, определяемый параметрами цепи КЗ. Протекая по обмоткам генератора, периодическая составляющая тока создает магнитный поток Φ_ст, который будет направлен встречно потоку возбуждения Φ_f, как поток реакции якоря по продольной оси ротора.

На пути потока Φ_ст находятся два проводящих контура: короткозамкнутый контур демпферной обмотки и контур обмотки возбуждения, замкнутый на возбудитель.

Контуры демпферной обмотки и обмотки возбуждения обладают индуктивностью, в которой под действием Φ_ст наводятся ЭДС и возникают свободные токи - соответственно i_св.д и i_св.f.

Поток Φ_ст неподвижен относительно ротора, поэтому токи i_св.д и i_св.f имеют апериодический характер (рис 7).

Замкнутые контуры свободных токов i_св.д в переходных режимах возникают также и в массивном теле ротора турбогенератора.

Указанные апериодические токи затухают с постоянной времени, равной отношению индуктивности контура к его активному сопротивлению (L/r). Им соответствуют свободные магнитные потоки обмоток: демпферной – Φ_{св, д} и возбуждения - Φ_{св, f.}

Так как магнитный поток ротора не может изменяться скачком, очевидно, что для момента времени t = 0 должно выполняться условие: Φ_ст = Φ_{св, д} + Φ_{св, f} и результирующий поток в немагнитном зазоре будет равен:

Φ_pез = Φ_f + Φ_{св, д} + Φ_{св, f} - Φ_ст

Параметры, которыми характеризуется генератор в момент КЗ (т.е. t = 0) называются сверхпереходными:

Х^"_d - сверхпереходное сопротивление генератора по продольной оси;

E^"_ф - действующее фазное значение сверхпереходная ЭДС,.

Начальное значение периодической составляющей I_к.з. обозначают:

I_{п, m} – амплитуда,

I_{п, o} – действующее значение за первый период,

для синусоидального тока I_п,о=I_n,m , может быть определена

;

где Х_рез- сопротивление цепи КЗ;

;

где U₍₀₎ и I ₍₀₎ –соответственно фазное напряжение и ток генератора в предшествующем режиме;

φ₍₀₎ - угол между напряжением и током в том же режиме.

2) С течением времени происходит затухание апериодических токов в демпферной обмотке и обмотке возбуждения с одновременным уменьшением соответствующих магнитных потоков Ф_св.д, Ф_св.f, причем первым затухает магнитный поток Ф_св.д. В цепи обмотки возбуждения, имеющей малое активное сопротивление, свободный ток затухает медленнее. (Рис.8)

Свободные магнитные потоки уже не могут компенсировать размагничивающее действие потока реакции якоря Ф_ст, вследствие чего происходит уменьшение ЭДС генератора. Изменение параметров машины оказывает влияние на периодическую составляющую I_кз, которая тоже уменьшается.

3) После затухания свободных токов в демпферной обмотке и в обмотке возбуждения наступает установившийся режим для периодической составляющей тока статора. Результирующий магнитный поток: Ф_рез=Ф_f –Ф_ст ,

т.е. размагничивающее действие потока статора максимально. (Рис.9)

Следует учесть, что Ф_ст. несколько ниже по сравнению с начальным моментом КЗ вследствие уменьшения периодической составляющей I_КЗ.

Таким образом, при отсутствии на генераторе АРВ установившееся значение периодической составляющей I_КЗ меньше его начального значения.

Апериодическая составляющая i_a,t затухает по экспоненте с постоянной времени:

; т.е. учитывается сопротивление обмотки статора.

Длительность переходного процесса КЗ для современных генераторов обычно составляет не более 3-5 с. Как и в случае питания цепи КЗ от шин неизменного напряжения, максимальное значение полного тока I _y имеет место обычно через 0,01с после начала процесса.

При определении ударного тока, условно считают, что к этому времени I_п не претерпевает существенных изменений и равен, как и в начальный момент КЗ I _{п, m.} Тогда:

II. Генератор при включенном АРВ.

В этом случае снижение напряжения при КЗ компенсируется увеличением тока возбуждения i_f. Причем при снижении напряжения ниже (0.85 ÷ 0.9)U_н срабатывает форсировка возбуждения, обеспечивающая нарастание возбуждения генератора до предельного значения.

Таким образом, АРВ изменяет магнитный поток возбуждения Ф_f, ЭДС генератора, а следовательно, и ток КЗ.(Рис.10)

Рис.10. Кривые изменения I_кз при наличии АРВ

Все АРВ действуют с небольшим запаздыванием. Кроме того, значительная индуктивность обмотки возбуждения генератора, приводит к задержке увеличения тока ротора. В результате чего, действие АРВ начинает проявляться только спустя некоторое время после возникновения КЗ. Из сказанного можно сделать вывод, что АРВ не влияет на I_кз в первые периоды КЗ. Начальное значение полного I_кз и его составляющие, а также i_y остаются такими же, как и при отсутствии АРВ.

То есть до вступления в действие АРВ, ток КЗ уменьшается так же, как и при отсутствии АРВ, а затем начинает возрастать и достигает установившегося значения, соответствующего возросшему напряжению генератора за счет действия АРВ. Затухание свободных токов статора и обмотки возбуждения, возникших при внезапном КЗ, в некоторой степени компенсируется увеличением тока КЗ за счет действия АРВ.

В зависимости от соотношения между значениями этих токов и от характера их изменения, кривая полного тока КЗ приобретает разный вид. При этом апериодическая составляющая тока КЗ i_at остается практически такой же, как при отсутствии АРВ, а периодическая составляющая i_пt в зависимости от соотношения между начальным и установившимися токами КЗ при предельном токе возбуждения может затухать, увеличиваться или оставаться неизменной (Рис.11).

Когда под действием АРВ, напряжение генератора достигает предельного значения, (может принимать также номинальное значение), то I_кз в дальнейшем остается неизменным.

Изменение действующих

значений периодической сос-тавляющей тока статора и апериодических составляющих токов в обмотке возбуждения и в демпферной обмотке ротора при КЗ на зажимах генератора изображено на рис.12.

Рис.12 Влияние АРВ на изменение действующих значений токов в обмотках генератора при КЗ на его зажимах.

Из графиков видно, что в начале переходного процесса действие АРВ сказывается незначительно, а с течением времени оно проявляется все в большей мере.

При достижении предела (потолка) АРВ, рассматриваемые токи в обоих обмотках генератора принимают свои конечные установившиеся значения.