Контрольные вопросы

1. Каковы основные причины возникновения резких изменений режимов в узлах СЭС?

2. В чем особенность методики исследования переходного процесса в узле нагрузки при резких изменениях режима его работы?

3. Как влияет резкое снижение напряжения в точке питания на устойчи­вость синхронного двигателя?

4. Как протекает переходный процесс в синхронном двигателе при резком

увеличении нагрузки на его валу?

5. Как определяется допустимое время наброса нагрузки на синхронный

двигатель?

6. В чем заключается расчет устойчивости асинхронного двигателя при набросах нагрузки?

7. Каковы особенности расчета пускового режима синхронного и асинхрон­ного двигателей?

8. Что такое самозапуск электродвигателей и с какой целью он предусмат­ривается?

9. Какие параметры необходимо определять для проверки самозапуска электродвигателей?

10. В чем заключается расчет самозапуска синхронных и асинхронных дви­гателей?

11. Какие причины самовозбуждения асинхронных двигателей при компен­сации реактивной мощности?

12. Каковы последствия самовозбуждения электродвигателей?

6. Повышение устойчивости систем электроснабжения

6.1. Классификация мероприятий по повышению устойчивости систем электроснабжения

Для повышения устойчивости СЭС промышленных предприятий, транспорта, объектов городского хозяйства и предприятий агропрома предусматриваются экономически и технически обоснованные мероприятия. Различают мероприятия на стадии проектирования СЭС и вводимые дополнительно в процессе их эксплуатации.

Считая условно, что некоторые элементы системы являются ос­новными (турбины, генераторы, трансформаторы, ЛЭП, синхрон­ные компенсаторы, выключатели), а другие элементы - дополни­тельными (переключательные пункты, установки компенсации индуктивных сопротивлений электропередачи, активные и индуктив­ные сопротивления в нейтрали трансформаторов, нагрузочные со­противления для торможения генераторов при сбросах нагрузки,, устройства для ресинхронизации генераторов и т. д.), мероприятия но повышению устойчивости СЗС и качества переходных процессов можно разделить на две группы:

1) основные мероприятия, предусматривающие изменение пара­метров СЭС с помощью основных элементов;

2) дополнительные мероприятия, осуществляемые путем уста­новки дополнительных устройств.

По влиянию на показатели СЭС различают мероприятия, на­правленные на изменение параметров режима, и мероприятия, направ­ленные на изменение параметров СЭС, а по влиянию на устойчивость СЭС - мероприятия, направленные на повышение статической устой­чивости, и мероприятия по обеспечению динамической устойчивости.

При рассмотрении всех мероприятий необходимо учитывать возможности автоматического управления и регулирования, по­зволяющие в ряде случаев с минимальными затратами добиваться желательного повышения устойчивости и надежности электроснаб­жения. Ниже описываются мероприятия, которые получили наибо­лее широкое практическое применение.

6.2. Использование регуляторов электростанций

Электростанции могут влиять на устойчивость СЭС своими сред­ствами АРВ, автоматической частотной разгрузки и аварийной разгрузки турбин.

Автоматическое регулирование возбуждения. Со снижением на­пряжения на шинах генератора при КЗ в СЭС вступает в действие устройство АРВ. При этом увеличивает­ся ток в ОВГ и повышается амплитуда электромагнитной мощности аварийного режима, в результате чего происходит соответствующий переход с угловой ха­рактеристики мощности II на характе­ристики II^’, II^’’ и т. д. (рис. 6.1).

Таким образом, под действием АРБ изменение электромагнитной мощности при КЗ совершается не по характеристи­ке II, а по кривой плавного перехода с характеристики II на характеристики II^’, II^’’ и т.д. (кривая bc^’) в соответст­вии с плавным увеличением э.д.с. воз­буждения.

Рис.6.1. Влияние АРВ ге­нератора на динамическую устойчивость СЭС

После отключения КЗ электромагнитная мощность изменяется не по характеристике III, а по кривой de путем плавного перехода с характе­ристики III на характеристики III^’, III^’’ и т. д. В данном случае роль АРВ сводится к уменьшению площади ускорения F_y и уве­личению площади возможного торможения F_T.

В настоящее время устройства АРВ интенсивно совершенству­ются в направлении превращения их в многофункциональные сред­ства решения ряда важных задач, включая:

поддержание необходимого уровня напряжения в заданной точ­ке СЭС;

обеспечение высоких пределов статической и динамической устой­чивости СЭС;

демпфирование малых и больших колебаний;

формирование возбуждения в аварийных режимах;

ограничение перегрузки машины по токам ротора и статора с выдержкой времени, зависящей от перегрузки;

поддержание постоянства тока возбуждения в режиме выбега генератора.

Кроме того, с помощью устройств АРВ можно дистанционно из­менять уставку, выполнять ручное управление возбуждением, изме­нять статизм регулирования, подгонять уставку напряжения при автоматической синхронизации и осуществлять дополнительно некоторые другие функции.

Во вновь создаваемых СЭС начинают применяться адаптивные регуляторы возбуждения и регуляторы с переменной структурой. Для их создания все шире используются полупроводники, интеграль­ные микросхемы и элементы цифровой' вычислительной техники. В этом смысле устройства АРВ по своей конструкции приближа­ются к аналоговым и цифровым ЭВМ.

Автоматическая разгрузка по частоте. При снижении частоты в СЭС уменьшается генерирование реактивной мощности источниками и увеличивается потребление реактивной мощности нагрузкой. Это приводит к понижению напряжения в узлах нагрузки, а при определенных условиях - к лавине частоты и лавине напряжения, при которых происходит массовое отключение потребителей и нару­шение параллельной работы электростанций.

Снижение частоты до опасных пределов практически может быть предотвращено путем ввода вращающегося резерва или автомати­ческого отключения некоторой части нагрузки, т. е. автоматической частотной разгрузкой. Роль ее особенно велика в СЭС небольшой и средней мощностей с малым числом электростанций и слабо раз­витыми электрическими сетями. По мере укрупнения СЭС относи­тельная доля возможного аварийного небаланса мощности снижа­ется.

В настоящее время особое внимание уделяется выбору и стро­гому технико-экономическому обоснованию специальной автоматики отключения нагрузки. Эта автоматика позволяет в различных ситу­ациях повышать как устойчивость СЭС в целом, так и устойчивость нагрузки, предотвращая лавину напряжения или хаотические са­моотключения электроприемников, в результате чего обеспечивается нормальная работа основной массы ответственных потреби­телей.

При подключении промышленных предприятий к системам спе­циальной автоматики отключения нагрузки приходится решать задачи, близкие к тем, которые должны быть решены для обеспе­чения бесперебойности технологических процессов при перерывах в питании и т. д. Комплексное реше­ние этих задач дает возможность по­высить устойчивость в тяжелых ава­рийных ситуациях.

Рис. 6.2. Изменение площадей ускорения и торможения при уменьшении мощности турбины

Аварийная разгрузка турбин гене­раторов. Действие устройства аварий­ной разгрузки заключается в том, что спустя некоторое время после возник­новения КЗ подается сигнал на закры­тие задвижки аппарата впуска энергоносителя (воды или пара) в турбину. При этом механическая мощность турбины падает с до (рис. 6.2). Площадь ускорения F_y уменьшается, а площадь возможного торможения F_T увеличивается, что приводит к повышению запаса динамической устойчивости СЭС.

После ликвидации аварии первичные двигатели автоматически или при участии персонала станции вновь набирают прежнюю мощ­ность.