Нарушение синхронизма и переход в асинхронный режим

Рассмотрим процесс перехода генератора в асинхронный режим работы из-за нарушения динамической устойчивости применительно к простейшей системе. Предположим, что в этой системе из-за КЗ отключилась одна из линий электропередачи. При этом площадка ускорения ƒ_У превосходит пло­щадку торможения ƒ_Т. Поэтому генератор проходит критическое значение δ_кр, после которого на ротор начинает действовать все увеличивающийся избыточный момент, обусловленный разностью мощности турбины Р_т и электрической мощностью генератора Р (рис. 5.7), что приводит к даль­нейшему увеличению угла δ.

При увеличении скорости ротора больше синхронной появляется сколь­жение s, растущее с увеличением разности угловых скоростей ротора и маг­нитного поля статора генератора. Возникновение скольжения обусловливает появление асинхронной мощности Р_as определяемой выражением (5.4), уве­личивающейся с ростом скольжения (см. рис. 5.4). С увеличением скорости (скольжения) ротора вступает в действие регулятор скорости турбины и в соответствии со своей характеристикой (см. рис. 5.6, а) начинает уменьшать мощность турбины Р_т. При некотором скольжении s_r мощность турбины урав­новешивается средней асинхронной мощностью генератора и наступает ус­тановившийся асинхронный ход, где выполняется условие Р_т = Р_х. Среднее значение скольжения s_ср определяется точкой пересечения характеристик момента турбины М, и асинхронного момента М_х (рис. 5.8). Следует отме­тить, что из-за относительно небольшого изменения скорости в асинхронном режиме в относительных единицах можно принять Р_ас = М_ас и Р_Т = М_Т.

Если к обмотке ротора синхронной машины в асинхронном режиме по­дается напряжение возбуждения, то, кроме взаимно уравновешивающих друг друга асинхронного момента и момента турбины, на вал генератор - турбина будет действовать также синхронный вращающий момент М_с (рис. 5.9, а).

Этот знакопеременный момент, среднее значение которого равно нулю, вызывает периодическое изменение скорости вращения ротора в асинх­ронном режиме, а следовательно, и пульсации скольжения, изменяющего­ся от s_макс до s_мин около своего среднего значения s _ср (рис. 5.9, б). При этом чем больше амплитуда синхронного момента, тем больше разница между максимальным и минимальным значениями пульсирующего скольжения.

Скольжение в любой момент времени можно определить, решив урав­нение относительного движения ротора генератора в асинхронном режи­ме, которое может быть записано в следующем виде:

Преобразуем это уравнение, введя в его левую часть скольжение. Для этого ускорение ротора представим так:

Рис. 5.7. Процесс выпадения из синхронизма генератора и переход в асинхронный режим

Следовательно, уравнение (5.8) запишется в виде

проинтегрировав в пределах изменения скольжения [s; s_max] и угла [δ; δ_max] получим

откуда находим значение скольжения в любой момент времени:

где δ - угол, при котором достигается максимальное скольжение s_max