 .                                                                        (4.4)
.                                                                        (4.4)
Т.е. генераторы могут замещаться  и
 и  ,
приложенной за
,
приложенной за  .
.
Пусть I – нормальный (доаварийный, предшествующий, исходный) режим;
II – режим КЗ;
III – послеаварийный режим.

Рис.4.2. Нормальный режим простейшей системы I.
 ,
,            .            (4.5)
.            (4.5)

Рис.4.3. Послеаварийный режим простейшей системы III.
 ,
,         
 .                             (4.6)
.                             (4.6)
Таким образом, из (4.5) и (4.6) получаем:  .
.
При симметричном КЗ мощность в системе будет равна
нулю  . В режиме несимметричного КЗ в
системе кроме токов прямой последовательности протекают токи обратной и нулевой
последовательностей. Токи нулевой последовательности на мощность генератора
никак не влияют, т.е. их в генераторе просто нет. Токи же обратной
последовательности в генераторе есть в несимметричном режиме. Токи обратной
последовательности создают поле, вращающееся с частотой
. В режиме несимметричного КЗ в
системе кроме токов прямой последовательности протекают токи обратной и нулевой
последовательностей. Токи нулевой последовательности на мощность генератора
никак не влияют, т.е. их в генераторе просто нет. Токи же обратной
последовательности в генераторе есть в несимметричном режиме. Токи обратной
последовательности создают поле, вращающееся с частотой  ,
но в обратную сторону, т.е. поле обратной последовательности и ротор генератора
перемещаются друг относительно друга со скоростью
,
но в обратную сторону, т.е. поле обратной последовательности и ротор генератора
перемещаются друг относительно друга со скоростью  .
В результате взаимодействия поля
.
В результате взаимодействия поля  и токов, в
обмотке возбуждения и во всех металлических частях ротора возникают вращающие
моменты
 и токов, в
обмотке возбуждения и во всех металлических частях ротора возникают вращающие
моменты  и
 и  .
.
 ,
,            ,                                             (4.7)
,                                             (4.7)
где  - синхронный
момент, но этот момент не сможет раскачать ротор, т.к. он знакопеременный с
частотой
 - синхронный
момент, но этот момент не сможет раскачать ротор, т.к. он знакопеременный с
частотой  , т.е.
, т.е.  не
влияет на скорость ротора.
 не
влияет на скорость ротора.  - асинхронный
момент от токов обратной последовательности не равен нулю, но мал и в
упрощенных практических расчетах им можно пренебречь.
 - асинхронный
момент от токов обратной последовательности не равен нулю, но мал и в
упрощенных практических расчетах им можно пренебречь.
Следовательно, при определении мощности генератора в
режиме несимметричных КЗ нужно учитывать только токи прямой последовательности,
т.е.  следует определять по схеме
замещения прямой последовательности.
 следует определять по схеме
замещения прямой последовательности.

Рис.4.4. Режим КЗ простейшей системы II.
 ,
,           ,
,
 .         (4.8)
.         (4.8)
Т.е.  . В такой схеме
получается еще, что
. В такой схеме
получается еще, что  , следовательно:
, следовательно:
 .                                                                              (4.9)
.                                                                              (4.9)
Очевидно, что  зависит
от вида и места КЗ. Т.к. разница между
 зависит
от вида и места КЗ. Т.к. разница между  и
 и
 мала, допускаем, что
 мала, допускаем, что  , поэтому принимаем, что
, поэтому принимаем, что  как и
 как и  не
изменяется скачком. Погрешность при таком допущении невелика. Изобразим угловые
характеристики мощности всех трех режимов (I, II, III)
на рис.4.4 и рассмотрим процессы движения ротора при возникновении
несимметричного КЗ в начале линии и его последующем отключении релейной
защитой.
 не
изменяется скачком. Погрешность при таком допущении невелика. Изобразим угловые
характеристики мощности всех трех режимов (I, II, III)
на рис.4.4 и рассмотрим процессы движения ротора при возникновении
несимметричного КЗ в начале линии и его последующем отключении релейной
защитой.
В предшествующем режиме находились в точке  . Произошло КЗ, процесс пошел из
точки
. Произошло КЗ, процесс пошел из
точки  на кривую
 на кривую  (мгновенно),
а т.к.
 (мгновенно),
а т.к.  мгновенно измениться не может, тогда
попадаем в точку
 мгновенно измениться не может, тогда
попадаем в точку  . При этом возникает
ускоряющий момент, появляется приращение скорости
. При этом возникает
ускоряющий момент, появляется приращение скорости  (
 ( , а в нормальном режиме
, а в нормальном режиме  ).
).

Рис.4.5. Исследование динамической устойчивости простейшей системы.
Некоторое время (0,1-0,2 с) длится аварийный режим, и
процесс идет по кривой II, потом КЗ отключается релейной защитой,  и
электрическая мощность сразу возрастает, и сразу же избыточный момент меняет
знак, т.е. становится тормозящим. Пока скорость  больше
 больше
 ,
,  растет,
если
растет,
если  ,
,  ,
значит и после отключения КЗ пока еще
,
значит и после отключения КЗ пока еще  ,
хотя и снижается, поэтому
,
хотя и снижается, поэтому  . После точки, где
. После точки, где
 (
 ( )
процесс пойдет в сторону уменьшения
)
процесс пойдет в сторону уменьшения  и идет по кривой III в
обратную сторону. В точке
 и идет по кривой III в
обратную сторону. В точке  избыточный момент
становится равен нулю, но процесс изменения
 избыточный момент
становится равен нулю, но процесс изменения  не
прекращается, т.к.
 не
прекращается, т.к.  , поэтому
, поэтому  будет снижаться далее. Но как только
процесс переходит через
 будет снижаться далее. Но как только
процесс переходит через  , избыточный
момент
, избыточный
момент  становится ускоряющим, и скорость
начинает расти, и, наконец, становиться равной синхронной
 становится ускоряющим, и скорость
начинает расти, и, наконец, становиться равной синхронной  , но продолжает расти, т.к. 
действует ускоряющий момент
, но продолжает расти, т.к. 
действует ускоряющий момент  , следовательно,
снова начинает расти
, следовательно,
снова начинает расти  , т.к.
, т.к.  и т.д. И если есть потери мощности,
то процесс затухает по спирали (колебательно) под действием
 и т.д. И если есть потери мощности,
то процесс затухает по спирали (колебательно) под действием   и в точке
 и в точке  образуется
новый установившийся режим (см. рис.4.4 и 4.5).
 образуется
новый установившийся режим (см. рис.4.4 и 4.5).

Рис.4.6. Диаграммы устойчивых и неустойчивых систем.
Т.е. в результате КЗ возникает качание генератора (в
основном по  ,
,  изменяется
не сильно).
 изменяется
не сильно).
Определим теперь  -
угол, при котором система еще динамически устойчива.
 -
угол, при котором система еще динамически устойчива.
За время ускорения в режиме КЗ ротор генератора
приобретает дополнительную кинетическую энергию  за
счет увеличения скорости вращения
 за
счет увеличения скорости вращения  :
:
 ,                                  (4.10)
,                                  (4.10)
где  . Площадка
. Площадка  на рис. 4.4 называется площадкой
ускорения
 на рис. 4.4 называется площадкой
ускорения  . После отключения КЗ скорость
вращения ротора
. После отключения КЗ скорость
вращения ротора  снижается, т.е. ротор
теряет дополнительную кинетическую энергию, и при
 снижается, т.е. ротор
теряет дополнительную кинетическую энергию, и при  ротор
генератора будет иметь такую же кинетическую энергию, как в исходном режиме, а
энергия, потерянная при торможении, тоже может быть выражена площадкой. 
Следовательно, энергия, потерянная ротором в процессе торможения, равна
энергии, приобретенной в процессе ускорения.
 ротор
генератора будет иметь такую же кинетическую энергию, как в исходном режиме, а
энергия, потерянная при торможении, тоже может быть выражена площадкой. 
Следовательно, энергия, потерянная ротором в процессе торможения, равна
энергии, приобретенной в процессе ускорения.
 - это площадка
торможения
 - это площадка
торможения  .
.
 , т.е.
, т.е.  .                                                    (4.11)
.                                                    (4.11)
Площадка  - возможная
площадка торможения. Пусть время отключения КЗ больше, чем в примере на
рис.4.4, т.е.
 - возможная
площадка торможения. Пусть время отключения КЗ больше, чем в примере на
рис.4.4, т.е.  будет больше. Если
 будет больше. Если  , то
, то  ,
а площадка ускорения
,
а площадка ускорения  и тогда
 и тогда  , и поэтому в точке, соответствующей
точке
, и поэтому в точке, соответствующей
точке  ,
,  этому
соответствует
 этому
соответствует  , после превышения этого
, после превышения этого  следует выпадение из синхронизма.
 следует выпадение из синхронизма.
Т.е. в случае, когда отключение КЗ происходит при  ,  генератор приходит в точку
,  генератор приходит в точку  со скоростью
 со скоростью  ,
и рост
,
и рост  продолжается, а т.к. торможения
больше не будет генератор выпадает из синхронизма в сторону увеличения скорости
вращения
 продолжается, а т.к. торможения
больше не будет генератор выпадает из синхронизма в сторону увеличения скорости
вращения  .
.
При  размах качаний
настолько велик, что достигает
 размах качаний
настолько велик, что достигает  и выходит из
синхронизма.
 и выходит из
синхронизма.
Исходя из этого признак динамической устойчивости:
Если возможная площадка торможения больше площадки
ускорения ( ), то ее хватает, чтобы поглотить всю
кинетическую энергию, приобретенную за время ускорения, и система устойчива.
), то ее хватает, чтобы поглотить всю
кинетическую энергию, приобретенную за время ускорения, и система устойчива.
Если возможная площадка торможения меньше площадки
ускорения ( ), то генератор успевает проскочить
до
), то генератор успевает проскочить
до  и выпадает из синхронизма, т.е.
система не устойчива.
 и выпадает из синхронизма, т.е.
система не устойчива.
Рассмотрим влияние на устойчивость системы различных факторов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.