Условия восстановления синхронной работы генераторов и двигателей.

Причины возникновения асинхронных режимов работы синхронных машин:

нарушения статической и динамической устойчивости;

потери возбуждения;

асинхронный пуск;

кратковременные перерывы в питания;

понижения напряжения, обусловленные отключением КЗ, действием АПВ или АВР;

самозапуск синхронных двигателей после восстановления электроснабжения.

Для большинства синхронных генераторов асинхронный режим работы не представляет опасности, однако при этом снижается выработка ими активной мощности (ее называют асинхронной активной мощностью).

Допуская переход в асинхронные режимы, необходимо оценивать такие факторы, как увеличение механических усилий в роторах генераторов при повышении частоты их вращения в асинхронном режиме,
возрастание тока статора ввиду потребления из сети реактивной мощности,
снижение вырабатываемой активной мощности и др.

Если изменения названных величин находятся в допустимых пределах, то нормальную работу генератора можно восстановить, не отключая его от сети. В этом случае считают, что система сохраняет результирующую устойчивость, поскольку электроснабжение не нарушается.

Условия установившегося асинхронного режима  (рис.36), при котором увеличение частоты вращения прекращается.

Рис.36. Механические характеристики турбины и генератора при работе в асинхронном режиме

Для установления допустимости асинхронного режима определяют наибольшие значения асинхронных активной и реактивной мощностей, соответствующих наибольшему значению скольжения s_max, которое определяется пульсацией синхронного момента.

Переход к процессу ресинхронизации возможен при дальнейшем снижении скольжения под действием регуляторов частоты вращения первичных двигателей или же аналогичного управляющего воздействия обслуживающего персонала. Скольжение в любой момент времени можно определить, решив уравнение относительного движения ротора генератора, преобразованного к виду

                                              (74)

где .

Интегрируя (74) в пределах изменения скольжения [s, s_max] иугла [δ, δ_max], получаем

откуда

                                                (75)

Ресинхронизация наступает при условии

s_ср.уст< s_ср.доп                                           (76)

где s_ср.уст - среднее значение скольжения в установившемся асинхронном режиме;

s_ср.доп - среднее значение скольжения при ресинхронизации.

Условие ресинхронизации (76) является необходимым, но недостаточным. Оно указывает на то, что для успешной ресинхронизации при s = 0 должно соблюдаться соотношение моментов

                                                 (77)

Успешная ресинхронизация может быть обеспечена регулированием частоты вращения и момента первичного двигателя в сторону их уменьшения или увеличением синхронного момента генератора (регулированием его возбуждения), что и определяет состав технических средств обеспечения процесса ресинхронизации.

Рассмотренная грубая количественная оценка результирующей устойчивости генераторов позволяет проводить лишь ее качественный анализ и может использоваться в практических расчетах для оценки возможности ресинхронизации.

Восстановление синхронного режима работы синхронных двигателей производится для ответственных механизмов, сохранение которых в работе необходимо по условиям технологии производства и допустимо по условиям техники безопасности.

Восстановление синхронного режима работы может осуществляться: ресинхронизацией;

ресинхронизацией с автоматической кратковременной разгрузкой рабочего механизма (если она допускается по условиям технологического процесса) до такой степени, при которой обеспечивается втягивание электродвигателя в синхронизм;

отключением электродвигателя и повторным его автоматическим пуском.

На процесс ресинхронизации двигателя влияют следующие факторы: характеристики двигателя,

его система возбуждения,

степень загрузки, зависимость момента сопротивления технологического механизма от скольжения,

 момент инерции агрегата двигатель - механизм,

напряжение на зажимах двигателя,

длительность перерыва в питании.

Процесс ресинхронизации двигателя можно условно разделить на два этапа: разгон при M_ac>M_мxдо подсинхронной частоты вращения (M_мx - момент сопротивления рабочего механизма);

вхождение в синхронизм.

На первом этапе уравнение синхронного двигателя такое же, как и асинхронного (37):

Двигатель разгоняется до подсинхронного скольжения, которое определяется равенством моментов .

На втором этапе на асинхронно работающий с подсинхронным скольжением двигатель подается возбуждение. Развиваемый им суммарный электромагнитный момент для практических расчетов записывают в виде

                                  (78)

где выделяют составляющие:

синхронизирующий момент, определяемый возбуждением,

                                             (79)

реактивный синхронизирующий момент, обусловленный магнитной несимметрией ротора,

                                    (80)

тормозной момент, возникающий за счет токов, наводимых в обмотке статора, при работе двигателя с возбуждением

                                     (81)

Здесь r_ст и r_c - активные сопротивления обмотки статора двигателя и питающей сети.

Контрольные вопросы

1. Каковы упрощенные математические описания - уравнения движения основных элементов СЭС: синхронных машин, асинхронных двигателей, рабочих механизмов, электрической сети и узлов нагрузки?

2. На чем основывается применение практических критериев устойчивости СЭС?

3. Каково содержание оценки статической устойчивости СЭС по практиче­ским критериям? В чем суть принимаемых допущений?

4. Почему практические критерии устойчивости СЭС не являются универ­сальными?

5. Какие из практических критериев устойчивости используются при ана­лизе характерных схем СЭС?

6. В чем состоит линеаризация нелинейных уравнений по первому прибли­жению и какова цель ее применения?

7. Что является необходимым и достаточным условием устойчивости и ка­кими математическими критериями пользуются для оценки условий ста­тической устойчивости СЭС?

8. В чем суть применения критериев Гурвица, Рауса, Михайлова и кривых D-разбиения для оценки статической устойчивости СЭС?

9. Какие допущения положены в основу упрощенных методов оценки дина­мической устойчивости СЭС?

10. В чем заключается задача анализа динамической устойчивости СЭС?

11. Как определить предельные угол и время отключения КЗ?

12. Как оценивается динамическая устойчивость СЭС по изменению угла δ во времени?

13. Как проверить динамическую устойчивость СЭС при восстановлении ис­ходного режима путем АПВ?

14. Каковы особенности анализа динамической устойчивости СЭС при нали­чии в ней нескольких источников?

15. Что понимается под проблемой искусственной устойчивости СЭС?

16. Какие существуют типы устройств АРВ и какова область их примене­ния?

17. Каковы причины возникновения асинхронных режимов работы син­хронных машин?

18. Какова суть процесса ресинхронизации синхронных генератора и дви­гателя?

19. По каким достаточным условиям можно оценить возможность втягивания в синхронизм двигателей?