Асинхронный режим работы генераторов

Такой режим возникает при по­тере возбуждения генераторов вследствие повреждений в системе возбуждения или ошибочных от­ключений автомата гашения поля, а также при выпадении машины из синхронизма в результате коротких замыканий в сети. Ниже рассматри­вается режим, обусловленный поте­рей возбуждения.

С уменьшением тока возбужде­ния уменьшается тормозящий элек­тромагнитный момент генератора; при некотором значении тока воз­буждения этот момент оказывается меньше вращающего момента тур­бины и генератор выпадает из син­хронизма. За счет избыточного вращающего момента ротор ускоря­ется. Магнитное поле статора, вра­щающееся в пространстве с синх­ронной.частотой вращения, пересе­кает ротор и наводит в теле ротора, в демпферных обмотках и в обмот­ке возбуждения (если она замкну­та) токи с частотой скольжения.

Эти токи создают тормозящий асинхронный момент, и генератор начинает выдавать активную мощ­ность в сеть. Частота вращения ро­тора увеличивается до тех пор, пока асинхронный момент не станет равным вращающему моменту тур­бины. Так как регулятор частоты вращения турбины при увеличении частоты вращения действует на уменьшение количества пара или воды, пропускаемой через турбину,

Рис. 19-23. Характеристики турбины и асин­хронных моментов генераторов.

I — характеристика регулирования турбины; 2— асинхронный момент турбогенератора; 3 —асин­хронный момент гидрогенератора с демпферными обмотками; 4 —асинхронный момент гидрогенера­тора без демпферных обмоток. то с увеличением частоты вращения вращающий момент турбины умень­шается от т₀ до m1 и т₂, определя­емых точками пересечения характе­ристики регулирования турбины (кривая / на рис. 19-23) с характе­ристиками асинхронных моментов генераторов (кривые 2 и 3). При этом активная мощность, развивае­мая генераторами, также уменьша­ется от P_o=m_o до Р1 = m1, и Р₂= т₂. Скольжение s, с которым рабо­тает генератор в асинхронном ре­жиме, определяет потери мощности в роторе и его нагрев (большему скольжению соответствуют большие потери и нагрев ротора) Чем больше максимальный асинх­ронный момент и круче кривая асин­хронного момента генератора, тем с большей мощностью и при меньшем скольжении он работает. В асин­хронном режиме генератор потреб­ляет из сети большую реактивную мощность для намагничивания. Поэтому напряжение на выводах ге­нератора и в сети снижается. По­требляемый реактивный ток за­висит от индуктивных сопротивлений генератора хd и х_q и сколь­жения s, с которым работает генератор: чем больше x_d и x_q и мень­ше s, тем меньше потребляемый ре­активный ток. Гидрогенераторы без демпфер­ных обмоток имеют небольшой асинхронный момент и пологую ха­рактеристику асинхронного момен­та (кривая 4), поэтому в асинхрон­ном режиме они развивают боль­шую частоту вращения и снижают нагрузку почти до нуля. Гидрогене­раторы с демпферными обмотками имеют больший асинхронный мо­мент и более крутую характеристи­ку асинхронного момента (кривая 3). Однако s велико (3—5%), поэтому возникает опасность перегрева демпферной обмотки. Кроме того, у ГГ индуктивные сопротивления x_d и x_q меньше, чем у ТГ, поэтому, даже работая без активной нагрузки, они потребляют из сети большой реактивный ток (он превышает номинальный ток статора, так как х_q<_1). В связи со сказанным работа гидрогенераторов без демпферных обмоток в асин­хронном режиме недопустима, а работа гидрогенераторов с демп­ферными обмотками допустима только в течение нескольких секунд, необходимых для быстрого восста­новления возбуждения. ТГ имеют более благоприятную характеристику асинхронного момента, чем гидро­генераторы (кривая 2). Для ТГ малой и средней мощно­сти (до 100 МВт) с косвенной систе­мой охлаждения и с непосредствен­ным охлаждением обмотки ротора допускаемая продолжительность асинхронного режима составляет не более 30 мин при работе с актив­ной нагрузкой 50—70% номиналь­ной.. ТГ с непосред. охлаждением имеют большие значения сверхпере­ходных и переходных сопротивлений и соответственно меньшие значения среднего асинхронного момента,поэтому при асинхронном режиме они работают с повышен­ными скольжением и током ста­тора. Для ТГ с непосредственным охлаждением ре­комендуется работа с нагрузкой, не более 60% номинальной в течение 3—4 мин.

18.Несимметричные режимы работы гене­раторов.

Такие режимы могут быть вы­званы обрывами или отключениями одной фазы линии, отключением одной из фаз трансформаторной груп­пы, однофазной нагрузкой в виде электротяги и плавильных печей и др. Возникающие при несимметрич­ном режиме токи обратной последо­вательности создают дополнитель­ный нагрев обмотки статора. Маг­нитное поле обратной последова­тельности, вращаясь относительно ротора с двойной синхронной час­тотой вращения, наводит в обмотке возбуждения, в демпферных конту­рах, а также в теле ротора и его торцовой контактной зоне (клин, зуб, бандаж) токи частотой 100 Гц. Эти токи создают дополнительный нагрев соответствующих частей ротора. Кроме того, поле обратной последовательности создает знако­переменный момент, который вызы­вает механические напряжения и вибрации машины.

Тепловое действие токов двой­ной частоты наиболее опасно для турбогенераторов, так как их ротор выполняется из цельной поковки и имеет большую поверхность, вслед­ствие чего эти токи могут быть зна­чительными. Ввиду повышенной частоты токи вытесняются на по­верхность тела ротора и замыкают­ся через пазовые клинья и бандаж­ные кольца. Поэтому наибольший нагрев происходит в торцовых зо­нах ротора.Дополнительный нагрев обмотки ротора представля­ет опасность для ее изоляции. До­полнительные механические напря­жения в турбогенераторах незна­чительны и практически не вли­яют на их механическую прочность.

В гидрогенераторах в силу от­сутствия массивных частей на рото­ре токи двойной частоты и соответ­ственно нагрев ротора меньше, чем в турбогенераторах. Обычно эти то­ки приводят к повышенному нагре­ву демпферной обмотки. Дополни­тельные механические напряжения и вибрации у гидрогенераторов больше, чем у турбогенера­торов.

При работе генератора в продол­жительном несимметричном режиме ток наиболее нагруженной фазы статора по условию допускаемого нагрева обмотки не должен превы­шать номинального. Кроме того, температура наиболее нагретых частей ротора, а также механичес­кие напряжения и вибрации генера­тора не должны превышать допус­каемых значений. Обычно предель­ные допускаемые значения тока об­ратной последовательности для турбогенераторов определяются до­пускаемым нагревом торцовой кон­тактной зоны ротора, а для гидро­генераторов — допускаемым нагре­вом демпферной системы и обмотки возбуждения, а также вибрациями конструктивных частей и обмотки статора. В соответствии со сказан­ным выше наибольшая разность токов в фазах статора при длитель­ном несимметричном режиме не должна превышать 15—20% для гидрогенераторов с косвенной сис­темой охлаждения и 10% для гид­рогенераторов с непосредственной системой охлаждения и для турбогенераторов всех типов. При этом ток обратной последовательности примерно равен: для гидрогенерато­ров с косвенной системой охлажде­ния 7,5—10% тока прямой последо­вательности, а для гидрогенерато­ров с непосредственной системой охлаждения и турбогенераторов —5-7%.

При несимметричных к. з. в сети допускаемая продолжительность за­мыкания t, с, не должна превышать значения, определяемого из фор­мулы I₂²t ≤ B/I_ном²

где /₂ — ток обратной последовательности в долях от номинального; Iном — номинальный ток генератора, А; В —импульс квадратичного тока к. з., А²с.

Значение B/I_ном² принимается равным для гидрогенераторов с кос­венным охлаждением 45 с, для турбогенераторов с косвенным ох­лаждением 30 с и для турбо- и гид­рогенераторов с непосредственным охлаждением 8 с.