Регулирование реактивной мощности синхронного генератора. V-образные характеристики

Рассмотрим влияние тока возбуждения ротора на работу включенного в сеть синхронного генератора при постоянном вращающем моменте первичного двигателя (М_вр = const).

Построим три векторные диаграммы генератора для различных токов возбуждения, совместив их на одном рисунке (рис. 4.7.1). Первую диаграмму построим для случая, когда ЭДС ?₀₍₁₎ > U. Ток статора при этом отстает от напряжения U на угол <р,.

Вторую диаграмму построим для такого тока возбуждения, когда ток статора имеет только активную составляющую 1_а. Поскольку но условию М_вр — М — const и U = const, то на основании формул (4.6.4), (4.6.1) ?_osin0 = = const, /cos cp = I_a = const. Это означает, что годографы векторов ?, и / - прямые линии (вертикальная и горизонтальная) на рис. 4.7.1. Поэтому на второй диаграмме ?₎₍₂₎ < ?_0(]), а ток статора /„ — минимальный.

Наконец, легко построить диаграмму для малого тока возбуждения, когда /;₍₎₍₃₎ < U. Из диаграммы очевидно, что при малом токе возбуждения ток статора /₍₃₎ генератора опережает напряжение U на угол ф₃.

Рис. 4.7.1. Векторные диаграммы синхронного генератора при регулировании реактивной мощности

Рис. 4.7.2. Угловые характеристики синхронного генератора при изменении тока ротора

На угловых характеристиках (рис. 4.7.2) отмечены точки 1,2,3, соответствующие трем векторным диаграммам на рис. 4.7.1.

Таким образом, изменение тока возбуждения ротора синхронного генератора приводит к изменению характера реактивной мощности-, при большом токе ротора (при перевозбуждении) реактивная мощность имеет индуктивный характер (Q > 0), при недовозбуждении — емкостный характер

(Q<0).

Зависимость тока статора от тока возбуждения ротора синхронного генератора при постоянной активной мощности Р представляется V-образ- ными характеристиками, показывающими возможность регулирования реактивной мощности (рис. 4.7.3).

Рис. 4.7.3. V-образные характеристики синхронного генератора

Минимумы кривых соответствуют чисто активным токам статора (cos ф = 1). Значение cos9 в любой точке V-образной характеристики определяется по формуле

Зависимость cos9 от тока ротора для одной из V-образных характеристик (Р = const) показана на рис. 4.7.4. Левее кривой, соответствующей cosp = 1 (см. рис. 4.7.3), ток имеет емкостную реактивную составляющую, правее — индуктивную реактивную составляющую.

В левой части графика (см. рис. 4.7.3) V-образиые характеристики не доходят до оси ординат, кроме нижней кривой при Р = 0. Это означает, что при малом токе возбуждения мала амплитуда электромагнитного момента и при увеличении активной мощности (момента турбины) может произойти выпадение генератора из синхронизма. При больших значениях тока ро-

Рис. 4.7.4. Зависимости I и costp синхронного генератора от /_р при Р = const

тора начинается насыщение магнитной цепи машины, в результате чего нарушается линейная зависимость ЭДС Е₀ от тока ротора / (см. рис. 4.4.1). Поэтому правые ветви V-образных характеристик становятся более пологими. 11а рис. 4.7.3 отмечены точки 1, 2, 3, соответствующие аналогичным точкам на угловых характеристиках, показанных на рис. 4.7.2.

Влияние тока возбуждения на реактивную мощность синхронного генератора, работающего в сети, можно пояснить еще и таким образом. При постоянном напряжении сети интенсивность результирующего магнитного поля и потокосцепления vp_p(.₄ (см. рис. 4.3.3 и 4.4.2) должны оставаться неизменными. Поэтому увеличение или уменьшение интенсивности магнитного поля полюсов ротора вызывает такое изменение расположения оси магнитного поля статора относительно ротора, при котором сохраняется результирующее потокосцепление машины: магнитное поле токов статора размагничивает или подмагничивает ротор, что изменяет характер реактивной мощности генератора. Нормальный режим работы синхронного генератора соответствует работе с перевозбуждением.

Задание 4.7.1. Четырехполюсный синхронный генератор работает в энергосистеме с активной мощностью Р = 68,25 МВт. Ток возбуждения установлен таким, что ЭДС ?₀ = 15 кВ. Номинальные данные генератора: Р_иом = 100 МВт; U_Hmi = 15,75 кВ; cos(p_H<)M - 0,9 (инд); X = 3 Ом. Потерями энергии в генераторе можно пренебречь.

Определить угол рассогласования, ток статора, коэффициент мощности, реактивную мощность, момент, развиваемый турбиной, и максимальную активную мощность, соответствующую пределу устойчивости генератора в синхронизме.

Решение

Угол рассогласования 0 определим из уравнения угловой характеристики:

Фазное напряжение

Ток статора определим из уравнения электрического состояния

Угол 30° соответствует углу 0, на который ЭДС ? опережает напряжение U (см. рис. 4.4.4).

Коэффициент мощности Реактивная мощность Момент, развиваемый турбиной

Максимальная активная мощность

Задание 4.7.2. Для двухполюсного синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, на рис. 4.7.5 приведены угловые и V-образные характеристики. Определить для отмеченных на характеристиках точек значения параметров, указанные в табл. 4.7.1.

Рис. 4.7.5. Угловые и V-образные характеристики синхронного генератора

Таблица 4.7.1

Ответы:

• 1.0, =30°; М, =318 Н м.
• 2. М, = 0;М,= 10³ Н м.
• 3- Л.акс1⁼ 600 кВт; М_шкс1= 1,9 кН м.
• 4. cos (р, = cos(p₂ = 0,5.

Задание 4.7.3. Синхронный генератор имеет следующие номинальные дан- ные: 5_иом = 500 кВ • A; U_mM = 6,3 кВ; cosHOM = 0,9; л„„_м = 92,4%; п_ном = 93,8 об/мин. Определить номинальную активную мощность, мощность приводного двигателя, ток генератора при номинальной нагрузке и число пар полюсов.

Ответ: Р_нш = 450 кВт; Р_дв = 487 кВт; / = 45,8 А; р = 32.

Задание 4.7.4. Найти максимальную активную мощность, соответствующую пределу статической устойчивости, трехфазного синхронного генератора с номинальным напряжением U_Him = 400 В, ЭДС Е_п = 1,2Г/_{ф иом}. Синхронное сопротивление X = 0,38 Ом.

Ответ-. Р_ткс = 506 кВт.

Авторы: Киселев Василий, Кузнецов Эдуард, Копылов Алексей, Лунин Валерий