Об устойчивости в синхронизме.

На рис. 4.3.4 была рассмотрена модель синхронного вращения диска и кольца. Очевидно, что при определенном значении момента пружина может разорваться. Так же не беспределен синхронизм генератора. Он существует, пока вращающий момент турбины уравновешивается электромагнитным моментом сопротивления генератора.

При 0 < 0 < 90° (восходящий участок угловой характеристики на рис. 4.6.2) синхронный генератор сохраняет синхронизм, т.е. имеет синхронную частоту вращения и работает устойчиво. Например, при увеличении вращающего момента турбины Мвр будут увеличиваться угол 0 и, следовательно, электромагнитный момент сопротивления генератора М до тех пор, пока не наступит новое равновесие моментов Мвр = М. При этом увеличатся ток статора /, активная мощность Р, но частота вращения ротора п., останется постоянной.

При 0 = 90° электромагнитный момент генератора достигает максимально возможного (при заданных Е0 и U), значения и при дальнейшем увеличении вращающего момента турбины генератор не может создавать равного момента сопротивления ткс < Мвр). Полюсы ротора «отрываются» от полюсов магнитного поля токов статора, частота вращения ротора начинает возрастать сверх синхронной, т.е. он «выпадает» из синхронизма. Такой режим может возникнуть при постоянном вращающем моменте и уменьшении тока ротора (и, следовательно, ЭДС Е0) или снижении напряжения на зажимах генератора (например, при близком к генератору коротком замыкании в сети).

Амплитудное значение электромагнитного момента {или мощности) соответствует пределу статической устойчивости синхронной машины в синхронизме.

Естественно, что на пределе статической устойчивости нормальная эксплуатация генератора недопустима. Необходим определенный «запас» по электромагнитному моменту, обеспечивающий сохранение синхронизма при значительных изменениях (динамике) момента первичного двигателя. Для обеспечения динамической устойчивости допускается работа синхронного генератора в энергосистеме при угле рассогласования, не превышающем 30° при номинальной мощности.

Заметим, что характеристика вращающего момента Мвр в виде горизонтальной прямой линии пересекается с угловой характеристикой также при угле 0' = 180° - 0, (см. рис. 4.6.2). Однако на участке угловой характеристики при 90° < 0 < 180° синхронный генератор работает неустойчиво. Если, например, вращающий момент турбины станет немного больше электромагнитного момента сопротивления генератора, то угол рассогласования начнет возрастать: 0 > 0'. Однако при этом, как очевидно из рис. 4.6.2, электромагнитный момент уменьшается, ротор получает дополнительное ускорение и угол 0 продолжает увеличиваться. Происходит «выпадение» синхронного генератора из синхронизма.

«Выпадению» из синхронизма генератора предшествует неустойчивое состояние: неравномерное возрастание угла 0 до 90, 180, 360° и т.д., т.е. «проворачивание» ротора относительно магнитного поля токов статора и чередование режимов генератор — двигатель — генератор; броски тока статора достигают значений, соответствующих при 0 = 180° двойному току КЗ: I = 2 U/Х (рис. 4.6.3). Это состояние является аварийным. Из него есть два выхода: отключить генератор от сети или стремиться удержать его в синхронизме, «форсируя», т.е. резко увеличивая ток возбуждения ротора. При этом усиливается магнитное ноле и возрастает максимальный электромагнитный момент генератора.

Векторная диаграмма синхронного генератора при 0 = 180°

Рис. 4.6.3. Векторная диаграмма синхронного генератора при 0 = 180°

Аварийное отключение мощного генератора (или нескольких генераторов) может привести к необходимости либо отключения ряда потребителей соответствующей мощности, что связано с экономическим ущербом, либо перевода нагрузки на оставшиеся генераторы. В последнем случае требуется определенное время для увеличения вращающих моментов турбин (увеличение расхода топлива, воды, пара).

Задание 4.6.1. Синхронный генератор включен на параллельную работу с энергосистемой и отдаст электроэнергию в сеть. Что произойдет, если случится обрыв в цепи возбуждения?

Варианты ответа:

  • 1. Частота вращения ротора начнет возрастать, и генератор выйдет из синхронизма.
  • 2. Частота вращения ротора начнет уменьшаться, и генератор выйдет из синхронизма.
  • 3. Генератор будет продолжать работать параллельно с сетью в режиме холостого хода.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >