. (4.4)
Т.е. генераторы могут замещаться и
,
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)
Рис.4.3. Послеаварийный режим простейшей системы III.
,
. (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
,
но в обратную сторону, т.е. поле обратной последовательности и ротор генератора
перемещаются друг относительно друга со скоростью
.
В результате взаимодействия поля
и токов, в
обмотке возбуждения и во всех металлических частях ротора возникают вращающие
моменты
и
.
,
, (4.7)
где - синхронный
момент, но этот момент не сможет раскачать ротор, т.к. он знакопеременный с
частотой
, т.е.
не
влияет на скорость ротора.
- 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.
Рис.4.4. Режим КЗ простейшей системы II.
,
,
. (4.8)
Т.е. . В такой схеме
получается еще, что
, следовательно:
. (4.9)
Очевидно, что зависит
от вида и места КЗ. Т.к. разница между
и
мала, допускаем, что
, поэтому принимаем, что
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.
В предшествующем режиме находились в точке . Произошло КЗ, процесс пошел из
точки
на кривую
(мгновенно),
а т.к.
мгновенно измениться не может, тогда
попадаем в точку
. При этом возникает
ускоряющий момент, появляется приращение скорости
(
, 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
,
растет,
если
,
,
значит и после отключения КЗ пока еще
,
хотя и снижается, поэтому
. После точки, где
(
)
процесс пойдет в сторону уменьшения
и идет по кривой III в
обратную сторону. В точке
избыточный момент
становится равен нулю, но процесс изменения
не
прекращается, т.к.
, поэтому
будет снижаться далее. Но как только
процесс переходит через
, избыточный
момент
становится ускоряющим, и скорость
начинает расти, и, наконец, становиться равной синхронной
, но продолжает расти, т.к.
действует ускоряющий момент
, следовательно,
снова начинает расти
, т.к.
и т.д. И если есть потери мощности,
то процесс затухает по спирали (колебательно) под действием
и в точке
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).
Определим теперь -
угол, при котором система еще динамически устойчива.
За время ускорения в режиме КЗ ротор генератора
приобретает дополнительную кинетическую энергию за
счет увеличения скорости вращения
:
, (4.10)
где . Площадка
на рис. 4.4 называется площадкой
ускорения
. После отключения КЗ скорость
вращения ротора
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.
- это площадка
торможения
.
, т.е.
. (4.11)
Площадка - возможная
площадка торможения. Пусть время отключения КЗ больше, чем в примере на
рис.4.4, т.е.
будет больше. Если
, то
,
а площадка ускорения
и тогда
, и поэтому в точке, соответствующей
точке
,
этому
соответствует
, после превышения этого
следует выпадение из синхронизма.
Т.е. в случае, когда отключение КЗ происходит при , генератор приходит в точку
со скоростью
,
и рост
продолжается, а т.к. торможения
больше не будет генератор выпадает из синхронизма в сторону увеличения скорости
вращения
.
При размах качаний
настолько велик, что достигает
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.
Если возможная площадка торможения меньше площадки
ускорения (), то генератор успевает проскочить
до
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.