ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6 Робота синхронного генератора при втраті збудження Асинхронний режим виникає або

Работа добавлена на сайт samzan.net:

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

Робота синхронного генератора при втраті збудження

Асинхронний режим виникає або внаслідок втрати збудження турбогенератора (ТГ), що працював до того в нормальному синхронному режимі, або із-за порушення статичної або динамічної стійкості паралельної роботи даної станції відносно енергосистеми.

Причиною втрати збудження можуть бути пошкодження і несправності не тільки ланцюгів збудження, але і ланцюгів захисту, управління і автоматичного регулювання напруги джерела збудження.

При цьому турбогенератор переходить з синхронного режиму в асинхронний, в результаті чого змінюється електромагнітна взаємодія ротора і статора машини. Зникає повністю синхронний момент, який виникає в нормальному режимі в результаті взаємодії потоку в зазорі між статором і ротором з постійним струмом певної величини в обмотці збудження. Відбувається «скидання» навантаження турбогенератора, що супроводжується деяким перехідним процесом, після чого встановлюється асинхронний режим ТГ. При цьому обертаючий момент турбіни в початковий момент залишається попереднім, а гальмівний синхронний момент зменшується. В результаті з'являється надлишок потужності на валу і швидкість обертання ротора зростає, виникає ковзання. В результаті під дією потоку, який обертається і зумовлений струмом статора, в зубцях і бочці ротора, а також в його обмотці, якщо втрата збудження виникла без розриву її ланцюгу, і демпферних контурах наводяться струми, які мають частоту ковзання. Ці струми, взаємодіючи з полем статора, створюють гальмівний асинхронний момент і турбогенератор починає посилати в мережу активну потужність.

При збільшенні швидкості автоматичний регулятор швидкості турбіни приходить в дію, зменшуючи впускання пару. Це викликає зменшення обертаючого моменту турбіни. Оскільки регулятори інерційні, то швидкість обертання може збільшитися настільки, що гальмівний асинхронний момент турбогенератора стане більше моменту, що розвивається турбіною. Це призводить до зменшення швидкості обертання. Зниження швидкості обертання викликає зменшення ковзання і асинхронного гальмуючого моменту. Це знову може викликати збільшення швидкості обертання і так далі. В результаті ряду коливань встановиться новий режим рівноваги, турбогенератор буде видавати активну потужність в мережу і споживатиме з неї реактивну.

Як правило, активна потужність, що віддається, знижується, оскільки регулятор швидкості турбіни зменшує надходження пару.

Перехід турбогенератора в асинхронний режим при навантаженнях, що близькі до номінальних, може супроводжуватися зниженням напруги на виводах машини до 70% від номінальної і навіть нижче. При цьому різко зменшується продуктивність механізмів власних потреб, що може викликати зупинку котлоагрегату.

Якщо при збільшенні асинхронного гальмуючого моменту ковзання мало змінюється, що буває при жорсткій кривій асинхронного моменту, і максимальний асинхронний момент, що розвивається генератором, великий, то стан рівноваги наступає при невеликому ковзанні і зменшення активної потужності невелике.

Якщо крива асинхронного моменту турбогенератора така, що при відносно невеликих змінюваннях моменту ковзання значно змінюється або максимальний асинхронний момент менше момента турбіни у вихідному режимі, то рівновага може настати тільки при підвищених значеннях ковзання. Якщо ж максимум характеристики асинхронного момменту генератора стає меншим момента турбіни у всьому діапазоні ковзань, то рівновага без зовнішних впливів може не встановитися і частота турбогенератора збільшується до уставки спрацювання автомата безпеки турбіни, що викликає аварійну зупинку енергоблока.

Турбогенератори типів ТВФ, ТВВ і ТГВ в області малих ковзань мають жорстку характеристику асинхронного моменту (Рис.1). При роботі без збудження з навантаженням (0,5÷0,6) при розімкненій обмотці ротора ковзання у них не перевищує (0,3÷0,8)%. Втрати в роторі при цьому становлять 0,3÷0,9 від номінальних втрат на збудження, а струм статора (1,0÷1,15).

Гідрогенератори без демпферних обмоток мають пологу характеристику і невелике значення асинхронного момента (Рис.2). Тому в асинхронному режимі вони розвивають велику частоту обертання і зменшують навантаження майже до нуля. Гідрогенератори з демпферними обмотками мають більш круту асинхронну характеристику. Але ковзання при цьому буде досить великим.

Струми, що з'являються в зубцях, клинах, бочці ротора при асинхронному режимі ТГ, викликають нагрівання ротора. Чим більше ковзання, тим вище нагрівання, оскільки з'являється поверхневий ефект, при цьому еквівалентний опір ротора зростає. Розподіл втрат більш нерівномірний, це може викликати місцеві перенагрівання із-за зростання результуючої магнітної індукції в торцьових областях турбогенератора. При втраті збудження збільшується нагрів крайніх пакетів сталі і конструктивних елементів торцевих зон статора. Особливо сильно це проявляється в ТГ з безпосереднім охолодженням, в яких внаслідок високих лінійних струмових навантажень статора нагрів крайніх пакетів сталі і елементів в торцевих зонах вище, ніж у ТГ з непрямим охолодженням. Якщо обмотка ротора розімкнена, то при переході в асинхронний режим в ній наводиться напруга, яка може при великих ковзаннях досягти небезпечної величини. Це особливо небезпечно для гідрогенераторів. Крім того, при розімкненій обмотці середнє значення асинхронного моменту менше, а ковзання більше, ніж при замкнутій. Тому, при переході генератора в асинхронний режим обмотку ротора необхідно автоматично або вручну замикати на активний опір.

Поява асинхронного режиму турбогенератора внаслідок втрати збудження виявляється по наступним ознакам:

струм статора значно збільшується і коливається з подвійною частотою ковзання біля середнього значення;
напруга статора понижується в залежності від величини навантаження на 15-30% і більше та незначно коливаєтся;
генерація турбогенератором активної потужності понижується, стрілка приладу сильно коливається;
реактивна потужність турбогенератором не видається, а споживається з мережі, стрілка приладу з невеликими коливаннями відхіляється в іншу сторону шкали;
в обмотці ротора у випадку, коли вона буде замкненою на збуджувач або резистор самосинхрронізації, тече змінний струм і стрілка приладів (амерметра і вольтметра) в ланцюгу ротора коливається з частотою ковзання в обидві сторони від нуля. Якщо виник обрив в ланцюгу збудження, то показання амперметра будуть рівні нулю.

РОЗРАХУНОК АСИНХРОННОГО РЕЖИМУ РОБОТИ ТУРБОГЕНЕРАТОРА.

При роботі генератора в асинхронному режимі без збудження він набуває рис асинхронної машини. Оскільки швидкість обертання ротора турбогенератора більша за швидкість поля статора, то магнітна вісь поля статора буде періодично співпадати то з повздовжною віссю , то з поперечною віссю ротора турбогенератора. Так як ротор генератора на відміну від асинхронної машини не симетричний, то для вивчення явищ синхронної машини при асинхронному режимі використовують дві заступні схеми – одну, що відповідає параметрам повздовжної осі, а другу, яка відповідає параметрам по поперечній осі (Рис.3.).

Рис.3. Заступні схеми синхронної машини:

а – по осі ; б – по осі .

, – індуктивний опір розсіювання і активний опір обмотки статора; , – індуктивні опори ланцюгу намагнічування по осям і ; , – індуктивний опір розсіювання і активний опір обмотки збудження; , – індуктивні опори розсіювання демпферних контурів по осям і ; , – активні опори демпферних контурів по осям і ; – ковзання генератора; – частота обертання поля в зазорі.

Електромагнітний момент синхронної машини, яка обертається з частотою, що відрізняється від номінальної, визначається півсумою моментів трьох одноосних обмоток (збудження, поперечного і повздовжного демпферних контурів), які утворюють три асинхронні машини (Рис.4.).

Рис.4. Представлення синхронної машини в асинхронному режимі.

Середнє значення асинхронного моменту синхронної машини з трьома обмотками на роторі визначають

де , , – моменти, які розвиваються відповідно обмоткою збудження і демпферними контурами по осях і .

Після спрощення заступних схем (Рис. ) можна отримати вирази для

, (3.5)

де ; ; ; ; ; ; ; – опір зв’язку між клемами генератора і шинами незмінної напруги (Рис. 3.1).

Сталі часу і враховують величину , а також залежать від дугогасильного опору .

Коли б генератор був ідеально симетричним, то асинхронна потужність при даному ковзанні була б постійною. Явнополюсність призводить до пульсації асинхронної потужності біля свого середнього значення з частотою, що визначається ковзанням ротора машини.

Згідно викладеному, не представляючи виводу, запишемо:

(3.6)

де ; – кут зсуву повздовжньої осі ротора відносно вектора магнітного поля в зазорі; – кут зсуву початку відліку.

Потужність синхронної машини, яка обумовлена нерівністю опорів , називається реакційною і визначається:

. (3.7)

Реактивна потужність такої системи (з урахуванням індуктивності ) при асинхронному ході синхронного генератора складається їз асинхронної потужності і потужності намагнічування .

(3.8)

де ; ; .

Потужність намагнічування визначається:

. (3.9)

Тут розглядається асинхронний режим незбудженої синхронної машини, ротор якої може бути розімкнутий () чи закорочений накоротко () або через гасильний опір (). З урахуванням викладеного, синхронний момент синхронної машини в асинхронному режимі, так же як і реактивна потужність, що генерується в мережу, дорівнює нулю.

Рис.5. Досліджувана електроенергетична система.

Якщо розглядати асинхронний режим синхронного генератора, який працює через зовнішній опір на шини незмінної напруги (Рис.5.), то можна визначити складові струму по осях і :

; (3.12)

, (3.13)

де – модуль напруги системи нескінченної потужності; – індуктивний опір зовнішнього зв’язку генератора з шинами незмінної напруги.

Середня сила струму статора синхронного генератора в асинхронному режимі

. (3.14)

Витрати потужності на нагрівання обмотки збудження при наявності в ланцюгу розподіляються між і як

, (3.15)

де – втрати енергії в обмотці збудження.

Втрати потужності в гасильному опорі

. (3.16)

Для визначення сумарних втрат в обмотці збудження застосуємо формулу моментів (3.5), де перший член є момент одноосної асинхронної машини з параметрами обмотки збудження.

Отже,

(3.17)

Згідно з заступною схемою досліджуваної енергосистеми (Рис.5.), напруга генератора визначається перетоком активної і реактивної потужностей по зовнішньому опору. При цьому необхідно враховувати, що споживання потужності генератором визначається знаком "-", генерація "+".

Таким чином,

Сумістивши вектор напруги системи з дійсною віссю в координатах , , отримаємо

де ; розраховані, відповідно, по (7.6) – (7.9).

Активне навантаження ТГ, що допускається, в асинхронному режимі обмежується наступними положеннями:

1. максимальні коливання струму статора повинні бути не більше допустимих навантажень в аварійних режимах;

2. втрати в роторі не повинні перевищувати втрати на збудження при нормальному режимі. Втрати в роторі, обумовлені ковзанням

Величина ковзання генератора в асинхронному режимі

чи

де – число повних коливань стрілки амперметра в ланцюгу статора та ротора за час , сек.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Зібрати схему. Записати паспортні дані генератора

2. Включити генератор в мережу.

3. Набрати активне і реактивне навантаження. Відключити ланцюг збудження (генератор при цьому переходить в асинхронний режим). Шляхом зменшення обертового моменту приводного двигуна досягнути усталеного асинхронного режиму генератора. Визначити розрахунковим шляхом ковзання , , і порівняти з дослідними даними. Результати занести в таблицю.

Дослід повторити при різних вихідних активних навантаженнях.

Випадання генератора з синхронізму. Шляхом збільшення завантаження генератора досягти втрати стійкості і переходу в асинхронний режим. Виконати ресинхронизацію генератора. Зафіксувати потужності генератора при ресинхронизації.

Зібрати схему.

Результати занести в таблицю.

Середнє ковзання в асинхронному режимі роботи турбогенератора являють собою число повних проворотів ротора відносно поля статора, що обертається з 1с в процентах по відношенню до частоти мережі . Воно, зазвичай, визначається за кількістю додатніх відхилень стрілки амперметра або вольтметра ротора за визначений відрізок часу рахунку або по кількості коливань за час рахунку стрілки амперметра в ланцюгу обмотки статора

Результати розрахунків звести в таблицю. Зробити висновки по роботі.

Таблиця 1.

Режим	Виміряні струми	, В	, Вт	, вар	Розрахунок	Наявність резерву реактивної потужності
	, А	, А	, А				, Вт	, вар
нормальний									відсутня
аварійний (робота без збудження)									відсутня
нормальний									присутня
аварійний									присутня

Таблиця 2

, В

, А

, Ом

обм. статора фаза

обм. ротора

Таблиця 3

, А	, В	примітка

1. Аксиомарные единые законы материи
2. 26 pril 2014 t S.D. sfendirov Kzkh Ntionl Medicl University
3. Злість роздратування напруження з самого початку висіли в повітрі а наостанок нас зовсім приголомшила при
4. Культура, природа, человек Проблемы и пути их решения
5. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата психологічних наук Київ2008
6. Национальная экономика ~ совокупность воспроизводственных пропорций которые необходимо соблюдат
7. Лекция 2. Основные этапы развития первобытнообщинного хозяйства Первобытнообщий строй ~ самый продол
8. Реферат- Іслам і выхавання
9. Предел постоянной величины Предел постоянной величины равен самой постоянной величине- 2 Предел сумм
10. Публичные выступления
11. Тема - Основные правовые системы современности Адрес места жительства - г
12. Дуговая сварк
13. технологического процесса в цехе привело к тому что по мнению начальника цеха существование одного из учас
14. одна из колыбелей человеческой цивилизации
15. Крито-Микенская цивилизация
16. птичьем рынке как хомяк какойто
17. ВЫБОРОЧНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ПОНЯТИЕ О ВЫБОРОЧНОМ НАБЛЮДЕНИИ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ
18. н Череповец г. просп
19. Органы государственного управления как объект административного права
20. Онтологическомонтологиятя мира 2

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе